Фотопроводимость хлопковых волокон, легированных йодом

Работа из раздела: «Физика и энергетика»

Абдукаримов А.А.

Изучение фотоэлектрических свойств полупроводников позволяют выявить физические закономерности в различных структурах, включая наноструктуры и открывает новые возможности создания дискретных элементов на их основе. В последнее время установлено, что хлопковые волокна (ХВ) обладают полупроводниковыми свойствами. Структура ХВ представляет собой из элементарных микрофибрилл целлюлозы. Они состоят из мицеллярных пучков. ХВ имеют области с упорядоченным расположением молекул (кристаллы) и аморфные области, размеры которых порядка 5-60 нанометров.

Физические свойства различных сортов ХВ, легированных йодом исследованы в [1,2]. Из этих работ следует, что их полупроводниковые свойства зависят от сорта ХВ. Свойства ХВ сорта 'Гульбахор', легированных йодом ('Гульбахор') практически не изучены. В связи с вышеизложенным в данной работе приведены результаты исследования фотоэлектрических свойств ХВ сорта 'Гульбахор'.

Легирование ХВ йодом производилась при t=20-60⁰С, в течении 0,5 -10 часов. Образцы представляли собой параллельно уложенные друг к другу волокна в количестве 2000-8000 штук, размещенные в кварцевый корпус. В качестве омических контактов и герметизации были использованы электропроводящий клей на основе графита и лака Hц. Длина образца составляют 10мм.

Измерения показали, что ВАХ (V=0-400В)_, ХВ сорта 'Гульбахор' без освещения и при освещении УФ светом с hх=5 эВ имеет линейный характер. При освещении образца УФ светом, отношение J_ф/J_т = 3-12, где J_ф J_т- фото и темновой ток, соответственно. Измерения кинетики фотопроводимости (ФП) при освещении УФ светом с hх=5 эВ показали, что нарастания фототока происходит по экспоненциальному закону. Сопоставления кинетики ФП ХВ сортов 'Гульбахор' и Ф -175, легированных йодом показывает, что спад ФП в ХВ сорта 'Гульбахор' присходит в 10 раз быстрее, чем Ф -175 . Это показывает преимущество ХВ сорта 'Гульбахор' в создании фотоприемников работающие с УФ области спектра.

Для того, чтобы выяснить особенности сорта электрических свойств ХВ 'Гульбахор' были изучены спектры ФП без и при постоянной подсветке УФ светом с hх= 5эВ. Измерения показали, что даже после длительной выдержки (в течении 4-х часов) образцы в темноте, спектр ФП начинается с hх=0,67 эВ. При увеличении энергии квантов наблюдается резкий излом при hх= 0,8 эВ и hх= 2,4эВ. При постоянной подсветке, начиная с hх=0,67 эВ видно рост ФП выше, чем фонового значения и с hх=0,8эВ происходит уменьшение ФП ниже фонового до hх=2,4 эВ , т.е наблюдается ИК гашение ФП. Используя классическую зонную модель полупроводника, особенности ФП ХВ сорта 'Гульбахор' можно объяснить следующим образом. фотоэлектрический полупроводник хлопковый волокно

Начало спектра ФП (hх=0,67), по - видимому, обусловлено тем, что йод в ХВ сорта 'Гульбахор' создаёт глубокий уровень с энергией ионизации Е_tp=0,67 эВ. Отметим, что ширина запрещённой зоны ХВ E_g= 3,2 эВ[3]. Если учесть, что ХВ после легирование йодом имеет n-тип проводимости, то можно считать, что уровень расположен в верхней половине запрещённой зоны с Е_t₁ =Е_с -0,67 эВ и имеет донорный характер. Рост ФП начиная с hх= 0,67 эВ обусловлен оптическим переходом электронов с уровня Е_t₁ в зону проводимости. Спад ФП начиная с hх=0,8 эВ и рост ФП с hх=2,4эВ, обусловлены оптическими переходами электронов из валентной зоны на уровень Е_t₂ =Е_х=0,8 эВ и с уровня в зону проводимости, с последующей рекомбинацией свободных электронов с дырками валентной зоны через неконтролируемые рекомбинационные центры N_r.

ИК гашение ФП связано с оптическим переходом электронов с уровня Е_t₁ =Е_с -0,67 эВ в зону проводимости и из валентной зоны на акцепторные уровни Е_t₂ =Е_х+0,8 эВ, с последующей рекомбинацией электронно - дырочных пар через рекомбинационные центры N_r_.В качествеэтих центров могут выступать различные загрязнения в ХВ, кутикулы или границы между аморфными и кристаллическими состояниями.