Силицид магния – перспективный материал для оптических датчиков (2023)
Представлен результат анализа, на основе литературного обзора: структуры, оптических и электронных свойств Mg2Si в объемном и низкоразмерном состояниях. Проведено сравнение свойств силицида магния в низкоразмерном состоянии со свойствами материалов, широко используемых в оптоэлектронике: GaAs, Si и Ge. Проанализированы современные методы формирования тонких пленок Mg2Si.
Из литературных данных установлено, что в условиях термодинамического равновесия объемный Mg2Si имеет гранецентрированную кубическую решетку, а низко-размерный – 2/3 -R30о. Благодаря своим оптическим и электронным свойствам тонкопленочный Mg2Si является перспективным материалом для оптоэлектронных устройств. Так, он обладает коэффициентом поглощения падающего света, максимальное значение которого по современным данным составляет 96 %. Диапазон фоточувствительности Mg2Si лежит в диапазоне от 200 до 2100 нм. Также из обзора было определено, что данный силицид является непрямозонным полупроводником: ширина запрещенной зоны которого находится в диапазоне от 0,6 до 0,8 эВ. В то же время наблюдаются прямые переходы, соответствующие энергии от 0,83 до 2,17 эВ. Подвижность электронов Mg2Si в низкоразмерном состоянии составляет от 400 до 550 см2В−1с−1, а дырок – от 65 до 70 см2В−1с−1. Из рассмотренных данных установлено, что эффективность фотоэлектрического преобразования, для соединений на основе кремния с магнием, с оптимальной толщиной и примесным легированием, может достигать 10–12 % для p–n и n–p (Si/Mg2Si) и 22 % для p–n–p (Si/Mg2Si/Si) структур. По таким параметрам, как диапазон фоточувствительности и ширина запрещенной зоны, значения которых приведены выше, Mg2Si в низко-размерном состоянии превосходит GaAs, Si и Ge, а поэтому может считаться перспективным материалом для оптоэлектроники.
The article presents the result of the analysis, based on a literature review: the structure, opti-cal and electronic properties of Mg2Si in bulk and low-dimensional states. The properties of magnesium silicide in the low-dimensional state are compared with the properties of materi-als widely used in optoelectronics: GaAs, Si and Ge. Modern methods of forming Mg2Si thin films are analyzed. It has been established from the literature data that, under conditions of thermodynamic equilibrium, the volumetric Mg2Si has a face–centered cubic lattice, and the low-dimensional one has 2/3√3-R30о. Due to its optical and electronic properties, thin-film Mg2Si is a promising material for optoelectronic devices. Thus, it has an incident light ab-sorption coefficient, the maximum value of which, according to modern data, is 96 %. The photosensitivity range of Mg2Si is in the range from 200 to 2100 nm. It was also determined from the review that this silicide is a non-bandgap semiconductor: the band gap of which is in the range from 0.6 to 0.8 eV. At the same time, direct transitions corresponding to energies from 0.83 to 2.17 eV are observed. The mobility of Mg2Si electrons in the low − dimensional state ranges from 400 to 550 cm2∙V-1s-1, and holes − from 65 to 70 cm2∙V-1s-1. From the da-ta considered, it was found out that the efficiency of photovoltaic conversion, for silicon–magnesium-based compounds with optimal thickness and impurity alloying, can reach 10–12 % for p–n and n–p (Si/Mg2Si) and 22 % for p–n–p (Si/Mg2Si/Si) structures. According to parameters such as the photosensitivity range and the band gap, the values of which are giv-en above, Mg2Si in the low-dimensional state exceeds GaAs, Si and Ge, and therefore can be considered a promising material for optoelectronics.
Идентификаторы и классификаторы
- SCI
- Физика
- УДК
- 538.975. Физика тонких пленок, нитевидных кристаллов и дендритов
681.586. Преобразователи в датчики (в системах регулирования)
681.782.473. Оптоэлектронные устройства - Префикс DOI
- 10.51368/2307-4469-2023-11-1-52-60
- eLIBRARY ID
- 50329828
