اثر ناخالصی منگنز بر لایه میانی ساختار شاتکی Al/PVP: CdS/p-Si و خواص دی الکتریکی آن

فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین

دوره 12، شماره 43، اردیبهشت 1400، صفحه 23-35   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.30495/jnm.2021.4676

نویسندگان

زکیه حسینی¹؛ یاشار عزیزیان کلاندرق^{* 2}؛ صمد سبحانیان¹؛ محمد کوهی³؛ غلامرضا پیرقلی گیوی⁴

¹گروه فیزیک، واحد تبریز، دانشگاه آزاد اسلامی، تبریز، ایران

²گروه فیزیک، دانشکده علوم، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران

³گروه فیزیک-دانشگاه آزاد اسلامی واحد تبریز

⁴گروه علوم مهندسی، دانشکده فناوری های نوین، دانشگاه فناوری های نوین سبلان، نمین، ایران

تاریخ دریافت: 03 دی 1399،  تاریخ بازنگری: 15 اردیبهشت 1400،  تاریخ پذیرش: 20 اردیبهشت 1400 

چکیده

در این تحقیق نانوساختارهای کادمیوم سولفید(CdS) و کادمیوم سولفید آلاییده شده با cc 3 منگنز به روش فراصوت تهیه شده و از آن جهت تهیه نانوکامپوزیت PVP: CdS و PVP: CdS -3cc Mn به عنوان لایه میانی در ساخت ساختار شاتکی فلز-پلیمر-نیمرسانا(MPS) استفاده شده است. خواص ساختاری، ریخت شناسی، میزان خلوص و خواص اپتیکی نانوساختارهای تهیه شده توسط آنالیزهای XRD، SEM، EDX و UV-Vis مورد بررسی قرار گرفته‌اند. نتایج الگوی پراش پرتو ایکس نمونه CdS تشکیل فاز مکعبی کادمیوم سولفید را تایید کرده و اندازه میانگین نانوبلورک‌های آن برابر nm 6 به ‌دست آمد. آنالیز EDX هر دو نمونه، فاز خالص نانوساختارهای تهیه شده را تایید کرد. گاف انرژی نانوساختارها از طریق نمودار گاف انرژی محاسبه شد که مقدار آن برای نانوساختارهای CdS و CdS -3cc Mn به ترتیب برابر eV 4.2 و eV 3.6 به دست آمد که به ‌دلیل اصل محدود شدگی کوانتومی از مقدار بالکی آن (eV 2.5) بزرگتر می‌باشد. پارامترهای دی‌الکتریکی از قبیل ɛ′، ɛ″ و tan δ ساختارهای شاتکی Al/PVP: CdS/p-Si (MPS1) و Al/PVP: CdS -3cc Mn /p-Si (MPS2) از طریق اندازه‌گیری C/G-f در محدوده بسامدی MHz 1- Hz 100 محاسبه و باهم مقایسه شدند. نتایج نشان دادند پارامترهای دی‌الکتریکی به شدت تابع بسامد هستند. همچنین آلایش نانوساختارهای کادمیوم سولفید با مقدار بسیار کم منبع منگنز موجب کاهش ثابت دی الکتریک، ضریب رسانش، و افزایش تانژانت اتلافی ساختار شاتکی MPS2 در مقایسه با MPS1 می‌شود.

کلیدواژه‌ها

پارامترهای دی الکتریکی؛ اندازه‌گیری C/G-f؛ ثابت دی الکتریک؛ تانژانت اتلافی؛ رسانندگی الکتریکی

عنوان مقاله [English]

The effect of manganese impurity on the interlayer Al/PVP:CdS/P-Si Schottky structure and its dielectric properties

نویسندگان [English]

Zakieh Hosseini¹؛ Yashar Azizian-Klandaragh²؛ Samad Sobhanian¹؛ Mohammad Kouhi³؛ Gholamreza Pirgholi-Givi⁴

¹Department of Physics, Tabriz Branch, Islamic Azad University, Tabriz, Iran

²Department of Physics, Faculty of Science, Mohaghegh Ardabili University, Ardebil, Iran

³Department of Physics, Tabriz Branch, Islamic Azad University, Tabriz, Iran

⁴Department of Engineering Sciences, Faculty of Advanced Technologies, Sabalan University of Advanced Technologies (SUAT), Namin, Iran

چکیده [English]

Introduction:In this research, cadmium sulfide (CdS) and cadmium sulfide doped with 3 cc manganese (3cc Mn-CdS) nanostructures have been prepared by ultrasound-assisted method and obtained products have been used for preparation of PVC: CdS and PVP: 3 cc Mn-CdS nanocomposites as an interfacial layer of the metal-polymer-semiconductor (MPS) Schottky structures. The structural, morphological, purity and optical properties of prepared nanostructures have been investigated by XRD, SEM, EDX and UV-Vis analyzes. The XRD of CdS sample confirmed the formation of the cadmium sulfide with cubic phase and its average nanocrystallite size obtained 6 nm. EDX analysis of both samples confirmed the pure phase of the prepared nanostructures. The energy gap of the CdS and 3 cc Mn-CdS nanostructures was calculated through the energy gap diagram 4.2 eV and 3.6 eV, respectively, that these values are bigger than from its bulk value (2.5 eV) due to the quantum confinement effect.
Methods:Dielectric parameters such as ɛ′, ɛ″ and tan δ, of Al /PVP: CdS/ p-Si (MPS₁) and Al /PVP: 3 cc Mn-CdS / p-Si (MPS₂) Schottky structures are calculated and compared using C/G-f measurements in the frequency range of 100 Hz –1 MHz.
Findings:The results showed that the dielectric parameters are strong function frequency. Also, doping of cadmium sulfide nanostructures with a very small amount of manganese source leads to a decrease in the dielectric constant, conductivity, and increase in the series resistance and loss tangent of the MPS₂ compared to MPS₁ Schottky structure.
 

کلیدواژه‌ها [English]

Dielectric parameters, C/G-f measurements, Dielectric constant, Loss tangent, Electrical conductivity

مراجع

1. A. Buyukbas-Ulusan, et al. (2019). A       comparative study on the electrical and dielectric properties of Al/Cd-doped ZnO/p-Si structures. Journal of Materials Science: Materials in Electronics, Volume 30, Number 13, pp. 12122-12129.
2. C. Sharma, et al., (2020). Effect of γ-ray irradiation on Schottky and ohmic contacts on AlGaN/GaN hetero-structures. Microelectronics Reliability, Volume 105, pp. 113565.
3.  Y. Azizian-Kalandaragh, (2010) Dielectric properties of CdS-PVA nanocomposites prepared by ultrasound-assisted method. Optoelectron Adv Mater Rapid Commun, Volume 4, pp. 1655-1658.
4.  A. Vearey-Roberts and D. Evans, (2005). Modification of GaAs Schottky diodes by thin organic interlayers. Applied Physics Letters, Volume 86, Number 7, pp. 072105.
5.  M.  Yıldırım, (2016). Current conduction and steady-state photoconductivity in photodiodes with bismuth titanate interlayer. Thin Solid Films, Volume 615, pp. 300-304.
6. A. Turut, et al. (2019). The current-voltage characteristics of the ferroelectric p-YMnO3 thin film/bulk p-Si heterojunction over a broad measurement temperature range. Journal of Alloys and Compounds, Volume 782, pp. 566-575.
7.  Ç.G. TÜRK, et al. (2020). Frequency and voltage dependence of barrier height, surface states, and series resistance in Al/Al2O3/p-Si structures in wide range frequency and voltage. Physica B: Condensed Matter, pp. 411979.
8.  S. Alptekin, and Ş. Altındal, (2019). A comparative study on current/capacitance: voltage characteristics of Au/n-Si (MS) structures with and without PVP interlayer. Journal of Materials Science: Materials in Electronics, Volume 30, Number 7, pp. 6491-6499.
9.  S. Altindal, et al. (2020). The effects of (Bi2Te3–Bi2O3-TeO2-PVP) interfacial film on the dielectric and electrical features of Al/p-Si (MS) Schottky barrier diodes (SBDs). Physica B: Condensed Matter, Volume 582, pp. 411958.
10. M. Lawrence, and Y. Jiang, (2017). Porosity, pore size distribution, micro-structure, in Bio-aggregates Based Building Materials. Springer, pp. 39-71.
11. V. Bühler, (2005). Polyvinylpyrrolidone excipients for pharmaceuticals: povidone, crospovidone and copovidone. Springer Science & Business Media.
12. Ç. Bilkan, et al. (2019). Investigation of the efficiencies of the (SnO 2-PVA) interlayer in Au/n-Si (MS) SDs on electrical characteristics at room temperature by comparison. Journal of Materials Science: Materials in Electronics, Volume 30, Number 23, pp. 20479-20488.
13.  K.G. Gareev, et al. (2020). Synthesis and Characterization of Polyaniline-Based Composites for Electromagnetic Compatibility of Electronic Devices. Electronics, Volume 9, Number 5, pp. 734.
14. T. Zhai, et al. (2010). One-dimensional CdS nanostructures: synthesis, properties, and applications. Nanoscale, Volume 2, Number 2, pp. 168-187.
15.  H.B. Zeng, et al. (2010). Heteroepitaxial growth of ZnO nanorod arrays on GaAs (111) substrates by electrochemical deposition. European Journal of Inorganic Chemistry, Volume 27, pp. 4339-4343.
16. N. Baraz, et al. (2017). Electric and dielectric properties of Au/ZnS-PVA/n-Si (MPS) structures in the frequency range of 10–200 kHz. Journal of Electronic Materials, Volume 46, Number 7, pp. 4276-4286.
17. H. Tecimer, S.O. Tan and Ş. Altındal, (2017). Frequency-dependent admittance analysis of the metal–semiconductor structure with an interlayer of Zn-doped organic polymer nanocomposites. IEEE Transactions on Electron Devices, Volume 65, Number 1, pp. 231-236.

 

1. A. Ozkartal, et al. (2019). Electrical properties of Sn/Methyl Violet/p-Si/Al Schottky diodes. Materials Today: Proceedings, Volume 18, pp. 1811-1818.

 

1.  S.A. Speakman, (2014). Estimating crystallite size using XRD. MIT Center for Materials Science and Engineering, pp. 03-08.
2. N. Kumar and S. Chand, (2020). Effects of temperature, bias and frequency on the dielectric properties and electrical conductivity of Ni/SiO2/p-Si/Al MIS Schottky diodes. Journal of Alloys and Compounds, Volume 817, pp. 153294.
3. A. Tataroğlu, Ş. Altındal and Y. Azizian-Kalandaragh, (2020). CVf and G/ω-Vf characteristics of Au/(In2O3-PVP)/n-Si (MPS) structure. Physica B: Condensed Matter, pp. 411996.
4. Masoomeh Emadi, bizhan honarvar, Reza Zareinezhad. (2019). synthesis and Identification of superparamagnetic graphene oxide- Iron oxide nanoparticles coated by chitosan and modified by Amino acid. Journal of New Materials, Volume 9, Number 34, pp. 61-76.