Курапцова Анна Андреевна, магистр технических наук, аспирант кафедры микро- и наноэлектроники
220013, Республика Беларусь, г. Минск, ул. П. Бровки, д. 6
тел. +375-25-720-15-39
Kuraptsova Anna Andreevna, master of engineering science, post-graduate student of Micro- and Nanoelectronics Department
220013, Republic of Belarus, Minsk, P. Browki st., 6
tel. +375-25-720-15-39
Доцент, к.ф.-м.н., доцент кафедры микро- и наноэлектроники
220013, Республика Беларусь, г. Минск, ул. П. Бровки, д. 6
тел. +375-25-720-15-39
PhD., associate professor, associate professor of Micro- and Nanoelectronics Department
220013, Republic of Belarus, Minsk, P. Browki st., 6
tel. +375-25-720-15-39
К.ф.-м.н., начальник Центра наноэлектроники и новых материалов
220013, Республика Беларусь, г. Минск, ул. П. Бровки, д. 6
тел. +375-25-720-15-39
PhD., head of Center Nanoelectronics and Novel Materials
220013, Republic of Belarus, Minsk, P. Browki st., 6
tel. +375-25-720-15-39
Д.ф.-м.н., профессор, заведующий кафедрой микро- и наноэлектроники
220013, Республика Беларусь, г. Минск, ул. П. Бровки, д. 6
тел. +375-25-720-15-39
D.Sci, professor, head of Microand Nanoelectronics Department
220013, Republic of Belarus, Minsk, P. Browki st., 6
tel. +375-25-720-15-39
Представлены результаты теоретического моделирования электрических характеристик гетероструктуры диоксид титана/кремний в условиях солнечного облучения. Моделирование проведено с помощью математического описания процессов генерации и переноса носителей заряда для практически важных гетероструктур n-TiO2/p-Si. Установлено, что величина тока в области малых внешних смещений – до 0,6 В, нелинейным образом зависит от длины волны солнечного света и определяется переходом электронов из кремния в диоксид титана. Максимум тока соответствует длинам волн солнечного излучения в области 600 нм. Полученные результаты объясняются существенным различием коэффициентов поглощения и отражения солнечного излучения диоксида титана и кремния, обусловливающим закономерности генерации неравновесных носителей заряда в гетероструктуре n-TiO2/p-Si. Показано, что в отсутствии внешнего смещения в области длин волн солнечного излучения 500–600 нм электронные переходы из кремния в диоксид титана происходят свободно, а переходы дырок блокированы. Это позволяет при относительно тонком слое диоксида титана эффективно реализовывать процессы каталитической очистки воды и воздуха на его поверхности за счет окисления органических соединений путем захвата электронов на поверхностные состояния. Установленные закономерности перспективны для углубленного анализа электронных процессов на поверхности полупроводниковых широкозонных оксидов металлов и их практического использования в фотокаталитических процессах.
Electrical characteristics of the heterostructure titanium dioxide/silicon illuminated by the sun light were theoretically modeled. The modeling process includes consideration of generation of the charge carriers and their transport through the practically important heterostructure n-TiO2/p-Si. The current through the structure under small external bias up to 0.6 V was found to depend nonlinearly on the light wavelength. It is controlled by the movement of the electrons from silicon to the titanium dioxide. The highest current corresponds to the wavelengths of about 600 nm. The results obtained are explained by the difference in the absorption coefficients and reflectivity of titanium dioxide and silicon which determine generation of nonequilibrium charge carriers in the heterostructure n-TiO2/p-Si. It was demonstrated that under illumination of the unbiased heterostructure with the light of 500–600 nm the generated electrons freely move from the titanium dioxide to silicon while the movement of holes is blocked. It helps to concentrate electrons in the relatively thin nearsurface layer of titanium dioxide and use them for catalytic purification of water and air by oxidation of organic pollutants at its surface. The regularities observed are important in the detailed analysis of electronic processes at the surface of wide band gap semiconducting metal oxides and their practical application in photocatalytic processes.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.