Enhanced diode performance in cadmium telluride–silicon nanowire heterostructures

2. Experimental Methods 
All chemicals were purchased from Merck and used as received without further 
purification. The typical MAE method was used to fabricate the Si nanowires. This method 
has been discussed elsewhere [5].
In brief, the Si wafers (400 μm thick, (100) orientation, n-type, resistivity between 1-
10 Ω. cm) were first cleaned by sonication in consecutive acetone (99.8%) and isopropanol 
(99.8%) baths, and rinsed with de-ionized (DI) water (18.3 M Ω). A piranha solution was 
then used for the removal of metallic and organic residuals. Wafers were kept in this solution 
at 100 

C for 1 hour. Following a hydrofluoric acid (HF) (38

40%) dip for the removal of 
native oxide, the samples were dipped into the etching solution formed by mixing HF 
(38

40%) and silver nitrate (AgNO
3
, 99.5%) at a molar ratio of 4.6 M:0.02 M. All etching 
processes were performed at room temperature under ambient pressure. As soon as the 
achievement of desired nanowire length, the etching procedure was stopped by rinsing the 
samples with DI water. Ag residuals formed as byproducts were removed through a nitric 
acid (DI Water 1:3 HNO
3
by vol. ratio) rinse. The fabricated Si nanowire arrays and a flat Si 
wafer were immediately placed into the RF sputtering system for the deposition of CdTe thin 
films. Before the deposition of the CdTe thin films, the substrates were washed with 2% HF 
for removing native oxide layer, cleaned with DI water and dried under N
2
flow, and then 
immediately placed into the RF sputtering system. A CdTe target (99.99%, in 3 inch 
diameter) was used for the deposition. CdTe thin films were also deposited onto the soda–
lime silicate glass substrates under same conditions in order to investigate their structural, 
morphological and optical properties. The RF power applied for the deposition was 70 W at a 

---

7 
deposition rate of 2.5 Å/s. Backing pressure for the sputtering chamber was 10

-7
Torr while 
the deposition pressure was around 6x10
-3
Torr. During deposition, substrates were kept at 
200 
o
C.
The fabrication of the heterojunction devices was completed by the thermal 
evaporation of gold (Au) and silver (Ag) ohmic front and back contacts, respectively. A 
perforated copper shadow mask patterned with 1 mm diameter dots was used for the 
deposition of front contacts. A final annealing treatment at 180 

C for 10 min was applied to 
facilitate the formation of ohmic contacts. The average device area was about 4 cm
2
.
X-ray diffraction (XRD) patterns of the fabricated Si nanowires and deposited CdTe 
thin films were investigated by a Rigaku Miniflex diffractometer (Cu K

radiation, 


0.154 
nm). The conductivity type of the deposited CdTe thin films was ascertained by the hot point 
probe method and p-type behaviour for the CdTe thin films was observed. Morphology of the 
fabricated samples was investigated by a FEI Nova NanoSEM 430 model field emission 
scanning electron microscope (FE-SEM) equipped with an energy dispersive X-ray (EDX) 
analysis unit. The surface roughness of the deposited CdTe thin films was evaluated through 
atomic force microscopy (AFM) (Vecoo MultiMode V). Optical properties of the CdTe thin 
film samples have been analyzed using an optical setup consisting of an 8-inch integrating 
sphere with 1-inch ports (Newport, Oriel, Model no: 70679NS), a monochromator (Newport, 
Oriel, Model no: 74100), a UV-enhanced Si photodiode detector (Newport, Oriel, Model no: 
70356) and a collimated beam from a 100 W halogen lamp. The samples were mounted at the 
front side of the integrating sphere for transmittance measurements and at the back side of the 
integrating sphere for reflectance measurements. The Raman spectroscopy was used to 
monitor the structural properties of CdTe thin films in the backscattering geometry using an 
Nd-YAG laser (532 nm) as an excitation source. The current - voltage (I-V) and frequency 
dependent capacitance (C) - voltage (V) characteristics of the fabricated heterojunction 

---

8 
devices were determined using a Keithley 2400 source meter and HP 4192A LF Impedance 

Analyzer. Dark and illuminated I-V and ON/OFF characteristics were measured. An AM 1.5 
G (85 mW/cm
2
) solar simulator was used for illumination. The spectral photoresponsivitiy of 
the devices was determined using an Oriel 74100 monochromator, a calibrated Si detector 
and a 100 W halogen lamp. All device characterizations were conducted at room temperature.