Κατασκευή και οπτοηλεκτρικός χαρακτηρισμός λεπτών ημιαγώγιμων υμενίων σεληνιούχου καδμίου CdSe

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία εκπονήθηκε στο εργαστήριο Ηλεκτροτεχνικών Υλικών του τομέα Συστημάτων Μετάδοσης Πληροφορίας και Τεχνολογίας Υλικών της Σχολής Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου. Σκοπός της είναι η ηλεκτρολυτική απόθεση λεπτών υμενίων Σεληνιούχου Καδμίου (CdSe) και ο χαρακτηρισμός τους υπό το πρίσμα των φωτοβολταϊκών εφαρμογών. Αναλυτικότερα, για την ηλεκτρολυτική διαδικασία χρησιμοποιήθηκε λουτρό που περιείχε θειικό κάδμιο (CdSO4) και οξείδιο του σεληνίου (SeO2) με pH=2,2, ενώ η θερμοκρασία του λουτρού ήταν 60oC για τα έξι από τα εννέα δοκίμια και 65oC για τα τρία τελευταία δοκίμια. Η ηλεκτρόλυση έγινε σε συνθήκες συνεχούς τάσης. Ακολούθησε ο χαρακτηρισμός των αποθεμάτων με τη χρήση περίθλασης ακτίνων – Χ (XRD) και ηλεκτρονικού μικροσκοπίου. Στο δεύτερο μέρος του χαρακτηρισμού των δοκιμίων, τα δοκίμια προσαρμόστηκαν σε ορειχάλκινη βάση ώστε να έρχονται σε σημειακή επαφή με ηλεκτρόδιο χρυσού (Au) και η διάταξη τοποθετήθηκε σε κλωβό Faraday. Ο ηλεκτρικός χαρακτηρισμός τους πραγματοποιήθηκε με μετρήσεις της έντασης του ρεύματος για τάσεις από -0,6V μέχρι 0,6V και εξήχθησαν οι αντίστοιχες γραφικές παραστάσεις. Το θεωρητικό μέρος της εργασίας αποσκοπεί στην κατανόηση των βασικών αρχών της φυσικής των ημιαγωγών με ιδιαίτερη έμφαση στις φωτοηλεκτρικές τους ιδιότητες και των επαφών μετάλλου – ημιαγωγού (δίοδοι Schottky). Επίσης, αναλύονται τα συστήματα που χρησιμοποιήθηκαν για την παρασκευή των αποθεμάτων και τον χαρακτηρισμό των δοκιμίων.

This diploma thesis was carried out in the laboratory of Electrical Materials in the faculty of Electrical and Computer Engineering of the National Technical University of Athens. The purpose of the thesis is to characterize and construct electro-deposited Cadmium Selenide (CdSe) on Nicelium (Ni) substrates, so as to ascertain their electrical behavior. Specifically for the electrolytic process, the electrolytic liquid, which was used, contained cadmium sulfate (CdSO4) and oxide of selenium (SeO2) , it was regulated at pH=2.2, whereas the temperature of the bath was at 60oC for the six out of nine samples and 65oC for the three remaining samples. The voltage of electrolysis was DC. The plating on the substrates was characterized by XRD and by SEM microscopy. At the second part of the measurements, the samples were connected to a bronze base in order to achieve a point contact with a gold probe and the device was placed into a Faraday cage. The electrical characterization was based upon I – V measurements. In that way, the samples were classified as Ni – CdSe rectifiers and we could examine their quality. The theory of the thesis describes the main principles of the physics of semiconductors and metal – semiconductor contacts. The practical part analyzes the way that electrodeposition and the electrical measurements were carried out, with an emphasis on the instruments and the procedure.