Asupra Efectelor de Tunelare Determinate de Forța Imagine la Interfața Policristalină a unor Structuri Optoelectronice de tip QDs

I. Introducere

Principalele tendinte actuale ale programelor de cercetare stiintifica in domeniul materialelor semiconductoare cu proprietati optoelectronice sunt orientate spre realizarea si testarea de noi material semiconductoare (materiale “exotice”) a caror materie prima sa fie usor de procurat (resurse nedeficitare), iar tehnologiile lor de prelucrare cat mai ieftine si cat mai putin poluante.

In acest context, un loc foarte important il detin structurile fotoconductoare realizate din straturi subtiri policristaline [1,2]. In comparatie cu majoritatea materialelor semiconductoare amorfe sau monocristaline, structurile policristaline prezinta o serie de avantaje, si anume:

• Caracterizate printr-un coeficient ridicat de absorbtie in domeniul radiatiilor optice;

• Necesita tehnologii mai putin poluante, caracterizateprintr-un consum redus de semiconductor si energie electrica;

• Pot fi utilizate concomitant, prin folosirea acelorasi linii tehnologice de fabricatie, atat in constructia dispozitivelor si circuitelor microelectronice, cat si in realizarea dispozitivelor optoelectronice: sisteme fotovoltaice, fotodetectori, elemente de calcul si automatizari, sensori de prelucrare si transmitere optica a informatiei.

Intr-o etapa anterioara de cercetare, s-a aratat ca fotosistemul multistrat – tip multijonctiune – cu pigmenti fotosintetici (Chl) de forma:

Sn(-)O2:Al/pChl:p+Chl-p+CuxS/Cu(-)

se comporta ca un dispozitiv optoelectronic cu transfer de sarcini, putand fi astfel utilizat ca biosensor-actuator in domeniul testarilor ecologice.

In lucrare se prezinta rezultatele experimentale privind comportarea fotoelectronica a unor structuri optoelectronice de tip Schottky pe baza de pigmenti fotosintetici (pChl) avand forma:

Al|pChl|Cu,

Al|pChl:Cu:Zn:Se|Cu si respectiv

Al|Chl:C6H8O6(acid ascorbic – vitamina C)|Cu.

Functionarea optoelectronica a unor astfel de structuri este explicata prin luarea in considerare a faptului ca in regiunea fotoactiva a interfetei Al|pChl, un val important il are formarea unei nanojonctiuni policristaline “inteligente”, de tip “QDs”pChl|p+Chl, avand functia unui “(nano)actuator-procesor” ce realizeaza comunicarea intersistematica intregului dispozitiv. Se scoate astfel in evident posibilitatea utilizarii unor astfel de structure Schottky de tip “QDs”pChl|p+Chl in domeniul fotodetectiei unor noxe(testari ecologice), precum si in domeniul medicine molecular si genetice cu aplicatii in tratamentul fotodinamic al unor afectiuni (neuro)virale.

Studiul comparativ al caracteristicilor fotovoltaice a pus in evident aparitia unui mecanism de tunelare cuantica a electronilor dinspre regiunea fotoactiva a interfetei “QDs”p+Chl|Chl spre electrodul de (-)Al, fenomenul fiind puternic amplificat la structurile dopate cu acid ascorbic (C6H8O6), concentratia variind in intervalul 0,5-2,5%. Acest fapt ne-a determinat sa luam in considerare posibilitatea ca intensificarea fenomenului de tunelare electronic la interfata pp+Chl|Al sa determine o diminuare substantial a efectelor fortelor “imagine”, ce actioneaza in regiunea fotoactiva a interfetei, asupra barierei de potential ΦB si deci implicit asupra curentului Id si a fotocurentului IL:

ΔΦB≈0,025eV ↘ 0,012eV → Id≈50mA/cm2 ↘ 15mA/cm2 → IL≈(15↗25-30)mA/cm2, VL≈(550↗950)mV

De asemenea, in lucrare se scoate in evidenta, prin modelari teoretice – experimentale faptul ca, datorita rolului de impuritate donoare pe care-l are vitamina C la interfata pp+Chl|Al a structurii, poate fi posibila pe de o parte, blocarea fotolizei moleculelor de H2O din reteaua policristalina, intensificarea fluxului electronic in fata sistemului PChl Ι (cu blocarea fluxului electronic in fotosistemul PChl II), iar pe de alta parte , “semnalarea” unor impuritati O-, OH-, H2O2(cu degajarea O2 in reteaua structurala) provenite de la o serie de noxe atmosferice sub forma unor radicali liberi instabili si cu efect tisular distructiv – totodata, o structura de tipul Al|pp+Chl:Cu:Zn:Se|Cu, respective Al|pp+Chl:C6H8O6|Cu poate fi capabila – prin campul de bariera si tunelare electronic – sa perturbe fotoelectric o (neuro)catena virala, avand ca efect intreruperea replicarii virale.