Отчет о НИР "Гетерогенные полупроводниковые структуры на основе оксида цинка для гибридного прямого преобразования тепловой энергии в электрическую" (промежуточный, 1 этапа), 2024 г.

Цель данной работы – изучение влияния условий получения и последующей тер-мообработки на структуру и термоэлектрические свойства тонких пленок ZnO, пленок ZnO, легированных Fe с содержанием от 2,8 до 5 ат. %, а также исследование влияния особенностей электропереноса на термовольтаический отклик в двухслойных тонкопленочных структурах ZnO/ZnO-Fe с различным содержанием Fe. Объекты исследования – образцы тонких пленок ZnO, пленок ZnO, легированных Fe, двухслойные тонкопленочные структуры ZnO/ZnO-Fe с различным содержанием Fe, полученные методом ионно-лучевого распыления. По результатам рентгеноструктурного анализа и просвечивающей электронной микроскопии установлено, что полученные пленки являются монофазными и поликри-сталлическими и характеризуются текстурированной фазой гексагонального ZnO с осью текстуры <001>, при этом с ростом содержания железа степень текстурированности рас-тет. Из анализа результатов исследований коэффициента термоэдс и эффекта Холла сле-дует, что тонкие пленки ZnO:Fe с концентрацией Fe от 2,8 до 5 ат. % являются полупро-водниками с электронным типом проводимости. Добавление железа с концентраций от 2,8 до 5 ат. % приводит к немонотонному изменению величины удельного электросопротивления и коэффициента термоэдс, что связано с немонотонной зависимостью подвижности носителей заряда, определяемой степенью текстурированности тонких пленок ZnO и процессами рассеяния носителей заряда на ионах примеси, а также уменьшением концентрации носителей заряда. Для исследования термовольтаического эффекта синтезированы двухслойные об-разцы оксида цинка, легированные железом и имеющие разную концентрацию носителей заряда. На примере двухслойных тонкопленочных образцов на основе оксида цинка с раз-личным содержанием легирующей примеси железа с применением предложенной методики исследован термовольтаический эффект. Установлено, что наибольшее значение термовольтаического отклика (U ≈ 80 мкВ) наблюдается в двухслойном тонкопленочном образце с большей разницей концентрации носителей заряда между слоями (n  2103 см-3). Наблюдаемое насыщение термовольтаического отклика связывается с достижением динамического равновесия между процессами диффузии носителей заряда от слоя с высокой концентрацией носителей к слою с низкой и процессом дрейфа носителей за счет внутреннего электрического поля.