Пьезо-фототронный эффект в вюрцитной фазе нановискеров из GaAs

Abstract

Полупроводниковые нановискеры активно исследуются научными группами по всему миру ввиду их перспективности для применений в гибких эффективных детекторах, транзисторах, фотодиодах, солнечных панелях и низкоразмерных экологичных генераторах тока. Одним из наиболее востребованных материалов для приложений фотоники является GaAs, так как это прямозонный полупроводник со значением ширины запрещённой зоны (1.4 эВ), оптимальным для высокоэффективного светопоглощения видимого солнечного излучения на нашей планете. На нынешнем уровне развития технологии производства солнечных панелей, декорированных квазиодномерными наноструктурами (вискерами) из GaAs, было достигнуто КПД 15.3% [1] с перспективой его дальнейшего увеличения. Повышение эффективности основано на оптимизации диаметра и регулярности расположения вертикальных наноструктур согласно расчётам по эффективности в модели энергетического баланса Шокли-Квайссера и оптимизации запутывания фотонов в массиве нанопроводов. Вместе с этим, благодаря чрезвычайной работоспособности группы Ж.Л.Ванга из Университета Джорджии, активно развивается направление пьезотроники. Лабораторные прототипы его пьезотронных наногенераторов тока с автономным питанием на нановискерах ZnO и CdS получили широкое признание как одна из прорывных идей в современных нанотехнологиях. Стоит отметить, что использование полупроводников, которые могут повышать концентрацию носителей при облучении светом является новым направлением пьезо-фототроники [2]. Нами была обнаружена генерация тока в вюрцитной фазе единичных вискеров GaAs [3]. Вюрцитный GaAs чрезвычайно привлекателен тем, что объединяет оптимальное значение ширины запрещённой зоны с нецентросимметричной структурой кристалла, которая обусловливает наличие пьезоэффекта. Экспериментальный результат был достигнут на массиве вертикальных нановискеров с помощью проводящего АСМ зонда и аккуратно проведённой микроскопии в режиме постоянной высоты. Моделирование свойств вюрцитной фазы GaAs и других материалов позволило выстроить общую процедуру исследования. Обнаруженный феномен усиления тока при засвечивании деформированных вискеров из вюрцитной фазы GaAs может привести к использованию этого материала в пьезо-фототронных генераторах тока ввиду комбинации подходов фотоники и пьезоэффекта. В докладе будет сообщено об эксперименте, проведённом нами на сканирующем зондовом микроскопе, и описан феномен пьезо-фототронной генерации тока.