โครงสร้างผลึกและค่าช่องว่างแถบพลังงานของสารประกอบกึ่งตัวนำ Cu2In4Se7

Abstract

การปลูกผลึกสารกึ่งตัวนำ Cu₂In₄Se₇ จากสภาวะหลอมเหลวโดยวิธีทำให้เย็นตัวโดยตรงตามวิธีของบริดจ์แมน-สโตคบาร์เกอร์ตามแนวนอน เมื่อวิเคราะห์องค์ประกอบตามแนวยาวของผลึกสารตัวอย่างโดยใช้วิธีอีดีเอส พบว่าการปลูกผลึกแบบนี้มีเกรเดียนท์ของสัดส่วนของธาตุองค์ประกอบ ตรงกันข้ามกับผลึกของสารประกอบ CuInSe₂ ซึ่งจะไม่มีเกรเดียนท์ของสัดส่วนของธาตุองค์ประกอบ จากการทดลองการดูดกลืนแสง พบว่าค่าพลังงานที่ชอบการดูดกลืนแสงของสารประกอบ Cu₂In₄Se₇ น้อยกว่าค่าช่องว่างแถบพลังงานของสารประกอบ CuInSe₂ และลักษณะการเปลี่ยนแปลงค่าพลังงานที่ขอบการดูดกลืนแสงตามอุณหภูมิไม่สอดคล้องกับลักษณะของช่องว่างแถบพลังงานแสดงให้เห็นว่าค่าพลังงานที่ขอบการดูดกลืนแสงนี้ไม่ใช่ช่องว่างแถบพลังงานของสารประกอบ Cu₂In₄Se₇ แต่เป็นเพียงค่าเฉลี่ยของสถานะบางอย่างหรือความปรวนแปรในช่องว่างแถบพลังงานของสารประกอบ Cu₂In₄Se₇ จากการศึกษาสมบัติทางไฟฟ้าของสารประกอบ Cu₂In₄Se₇ โดยใช้การทดลองปรากฏการณ์ฮอลล์ พบว่าไม่สามารถสรุปชนิดของสารกึ่งตัวนำที่ชัดเจนได้ จากผลการทดลองการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ พบว่าชิ้นสารตัวอย่างที่มีสัดส่วนธาตุองค์ประกอบที่แตกต่างกันกลุ่มหนึ่งมีรูปแบบการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์เหมือนกัน แสดงให้เห็นว่าสามารถที่จะเปลี่ยนแปลงสัดส่วนธาตุองค์ประกอบของสารประกอบ Cu₂In₄Se₇ ได้กว้างโดยที่โครงสร้างของสารประกอบ Cu₂In₄Se₇ ไม่เปลี่ยนแปลง และเมื่อทำการวิเคราะห์โครงสร้างที่เหมาะสมของสารประกอบ Cu₂In₄Se₇ โดยการปรับแต่งพารามิเตอร์แบบเรียทเวล์โดยใช้โครงสร้างแบบสองเฟส พบว่าผลที่ได้ไม่ได้น่าเชื่อถือมากกว่าโครงสร้างแบบเฟสเดียว ส่วนโครงสร้างแบบเฟสเดียวที่น่าเชื่อถือยังคงเป็นพีชาลโคไพไรท์