Investigations on Structural, Electrical and Optical Properties of Polycrystalline CdInTe Thin Films Grown by Thermal Evaporation

Abstract

In this study, properties of thermally evaporated polycrystalline CdInTe thin films were investigated. The surface morphology, composition and crystal structure of the films were determined by means of SEM, EDXA and XRD analysis. Temperature dependent Hall effect measurements were carried out in the temperature range of 200-400 K. In the whole temperature region, the dominant transport mechanism of the films was found to be thermionic emission of the carriers over the grain boundaries. The room temperature conductivity, mobility and electron concentration values were found to be 1.8x10-2(Ω.cm)-1, 50 cm2V-1s-1 and 1.1x10-15 cm-3, respectively. The mobility-temperature dependence showed that ionized impurity, neutral donor impurity and acoustic phonon scattering mechanisms were effective over the low (216-256 K), intermediate (256-317 K) and high temperature (317-357 K) regions, respectively. The optoelectronic properties of the films were also investigated by absorption in 190-1100 nm wavelength region and photoconductivity measurements in 80-400 K temperature range

Keywords

• Semiconductors, thin films, thermal evaporation, Hall effect

Termal Buharlaştırma ile Büyütülmüş Polikristal CdInTe İnce Filmlerin Yapısal, Elektriksel ve Optik Özelliklerinin Araştırılması

Abstract

Termal Buharlaştırma ile Büyütülmüş Polikristal CdInTe İnce Filmlerin Yapısal, Elektriksel ve Optik Özelliklerinin Araştırılması Bu çalışmada, termal buharlaştırma yoluyla üretilmiş polikristal CdInTe ince filmlerin özellikleri araştırılmıştır. Filmlerin yüzey morfolojisi, kompozisyonu ve kristal yapısı SEM, EDXA ve XRD analizleri ile incelenmiştir. Sıcaklığa bağlı Hall etkisi ölçümleri 200-400 K sıcaklık aralığında gerçekleştirilmiştir. Tüm sıcaklık aralığında etkin akım mekanizmasının termoiyonik emisyon olduğu tespit edilmiştir. Oda sıcaklığında iletkenlik, mobilite ve elektron konsantrasyonu sırasıyla 1.8x10-2 (Ω.cm)-1 , 50 cm2 V-1 s -1 ve 1.1x10-15 cm-3 olarak bulunmuştur. Mobilite-sıcaklık değişimi ölçümlerinden iyonize safsızsızlık, nötral verici safsızlığı ve akustik fonon saçılma mekanizmalarının sırasıyla (216-256 K), (256-317 K) ve (317-357 K) sıcaklık aralıklarında etkin olduğu belirlenmiştir. Filmlerin optoelektronik özellikleri 190-1100 nm dalgaboyu aralığında soğurma ve 80-400 K sıcaklık aralığında fotoiletkenlik ölçümleri ile araştırılmıştır.

Keywords

• Yarıiletken, ince film, termal buharlaştırma, Hall etkisi

References

1. Lalitha S., Karazhanov S. Zh., Ravindran P., Senthilarasu S., Sathyamoorthy R., Janabergenov J., 2007. Electronic structure, structural and optical properties of thermally evaporated CdTe thin films, Physica B, 387: 227-238.
2. Singh S., Kumar R., Sood K. N., 2010. Structural and electrical studies of thermally evaporated nanostructured CdTe thin films, Thin Solid Films, 519: 1078-1081.
3. Shanmugan S., Mutharasu D., 2010. Effect of Ar+ ion irradiation on structural and optical properties of e-beam evaporated cadmium telluride thin films, Materials Science in Semiconductor Processing, 13: 298-302.
4. Lalitha S., Sathyamoorthy R., Senthilarasu S., Subbarayan A., Natarajan K., 2004. Characterization of CdTe thin film-dependence of structural and optical properties on temperature and thickness, Solar Energy Materials and Solar Cells, 82: 187-199.
5. J Fritsche., Kraft D., Thiben A., Mayer T., Klein A., Jaegermann W., 2002. Band energy diagram of CdTe thin film solar cells, Thin Solid Films, 403-404: 252-257.
6. Bayhan H., Erçelebi Ç., 1998. Effects of post deposition treatments on vacuum evaporated CdTe thin films and CdS/CdTe heterojunction devices, Turkish Journal of Physics, 22: 441-451.
7. Okamoto T., Yamada A., Konagai M., 2001. Optical and electrical characterizations of highly efficient CdTe thin film solar cells, Thin Solid Films, 387: 6-10.
8. Dhere N. G., Dhere R. G., 2005. Thin-film photovoltaics, Journal of Vacuum Science and Technology A, 23(4): 1208-1214.

9. Patil V.B., More P.D., Sutrave D.S., Shahane G.S., Mulik R.N., Deshmukh L.P., 2000. A new process for deposition of the CdTe thin films, Materials Chemistry and Physics, 65: 282-287.
10. Khairnar U.P., Bhavsar D.S., Vaidya R.U., Bhavsar G.P., 2003. Optical properties of thermally evaporated cadmium telluride thin films, Materials Chemistry and Physics, 80, 421-427.
11. Iribarren A., Riech I., Hernandez M.P., Castro-Rodriguez R., Pena J. L., Zapata-Torres M., 1999. Optoelectronic properties of polycrystalline CdInTe films, Journal of Vacuum Science and Technology A, 17(6): 3433-3436.
12. Seto S., Suzuki K., Abastillas V. N. Jr., Inabe K., 2000. Compensating related defects in In-doped bulk CdTe, Journal of Crystal Growth, 214/215: 974-978.
13. Mohammed W. F., Yousif M. A. S., 2002. The electrical properties of post-deposition annealed and as-deposited In-doped CdTe thin films, Renewable Energy, 26, 285-294.
14. Zapata-Torres M., Castro-Rodriguez R., Martel A., Mascarenhas Y.P., Guevara J., Melendez-Lira M., Pena J. L., 2001. Structural characterization of polycrystalline Cd–Te–In films, Journal of Vacuum Science and Technology A, 19(1): 246-250.
15. Fuentes-Cabrera M., Dong J., Sankey O. F., 1999. Theoretical study of the structural, electronic and vibrational properties of CdIn2Te, Superficies y Vacio, 9: 310-312.
16. Hong K., 2004. Optical properties of a p-CdIn2Te4 single crystal by the Bridgman method, Journal of the Korean Physical Society, 45: 496-500.
17. Seto J.Y.W., 1975. The electrical properties of polycrystalline silicon films, Journal of Applied Physics, 46: 5247-5254.
18. Deniz Gölcür e-mail: [e-mail]