LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

Головна Електроніка. Обчислювальна техніка → Фізико-технологічні засади мікроелектронних сенсорів на основі гетероструктур органічних та неорганічних напівпровідників

плівками і лазерною інтеркаляцією.

Методи дослідження: імпедансна спектроскопія, вольт-амперні, вольт-фарадні, люкс-амперні характеристики, оптична спектроскопія, електронна мікроскопія, фотолюмінесцентний аналіз, циклічна вольтамперометрія, рентгеноструктурний аналіз, катодолюмінесцентна спектроскопія, атомна силова мікроскопія.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в тому, що:

  • вперше дано фізичне обґрунтування і створено ізотипні p-p-гетероструктури на основі шаруватих монокристалів InSe:Ag та електропровідних полімерів (поліфенілацетилен, поліанілін), визначено їх бар’єрні, спектральні властивості. Встановлено, що отримані гетероструктури характеризуються термоемісійним механізмом проходження струму, різким переходом із сумарним вигином зон 0,61 і 0,83 В, відповідно, для структур InSe-поліфенілацетилен та InSe-поліанілін. Динамічний діапазон лінійності фотоприймача на основі структури InSe -поліфенілацетилен становить не менше ніж 7 – 90 мВт/м2 (14 дБ), струмова фоточутливість у фотовольтаїчному режимі до фотопотоку становить 0,1 А/Вт;

  • розроблено технологію гібридних сонячних елементів на основі мікродиспергованого InSe в матриці електропровідних полімерів. Показано, що залежність струму від напруги такої структури можна описати рівнянням Шотткі. Залежність напруги холостого ходу і струму короткого замикання від інтенсивності світлового випромінювання при високих значеннях світлового потоку має нелінійний характер і може бути пояснена домінуванням нелінійної рекомбінації, низькою рухливістю носіїв заряду, зумовленою високою густиною пасток на межі інтефейсного шару;

  • розроблено технологію отримання і новий принцип керування напругою в оптичних елементах з електрохромним полімерним шаром на поверхні оптично прозорих напівпровідників та досліджено їх часові та спектральні характеристики. Вперше виявлено електрохрохромний ефект структури In2O3- рідкий кристал –поліанілін – In2O3. Одночасне використання електрохромного ефекту в плівці поліаніліну та електрооптичних ефектів у рідких кристалах уможливлює створення багатоступінчастого керування оптичними елементами;

  • розроблено метод формування гетероструктур поруватий кремній – поліанілін методом електрополімеризації з циклічною розгорткою потенціалу. Виявлено, що отримані структури мають підвищену порівняно з поруватим кремнієм окисно-відновну активність в області потенціалів 0,2 ...1,4 В, що дає змогу створювати високочутливі та селективні елементи сенсорних пристроїв. Встановлено, що фоточутливість гетероструктури поруватий кремній - поліанілін зумовлена наявністю двох потенціальних бар’єрів, перший з яких створений в інтерфазі полімер-поруватий кремній, другий – поруватий кремній – монокристалічний кремній;

  • запропоновані конструктивно-технологічні засади формування тонких плівок нітриду галію на поверхні селеніду галію, що базуються на іонному розпилюванні галію в аміачній атмосфері у схрещених електричному і магнітному полях. Катодолюмінесцентні дослідження гетероструктури показали наявність смуги свічення в області 3-3,4 еВ, що пов’язується з власним свіченням нітриду галію. Піки в хвості короткохвильової області 3,2 еВ та околі 2,9…3,0 еВ зумовлені рекомбінацією донорно-акцепторних пар на власних дефектах GaN;

  • встановлено, що результатом модифікації поверхні GaSe під час опромінення в кисневій атмосфері азотним лазером з густиною енергії 0,2 Дж/см2, та 0,5 Дж/см2 є утворення структурних дефектів, таких як міжвузловий та міжшаровий галій. Аналіз катодолюмінесцентних спектрів після оброблення поверхні лазерними імпульсами з енергією 0,7 Дж/см2 та 0,8 Дж/см2 показав наявність в інтерфейсному шарі селенідів та оксидів змінного складу;

  • вперше запропонована концепція керування кінетичними параметрами шаруватих напівпровідників та їх збагачення електретним та фотоелектретним станами шляхом лазерно-стимульваного впровадження 3d-елементів.

Практичне значення одержаних результатів. Концептуальні рішення та технологічні підходи до модифікації поверхні напівпровідників дали змогу розробити низку конструктивно-технологічних рішень для створення пристроїв мікроелектроніки, а саме:

  • створені гетероструктури на основі InSe та провідних полімерів характеризуються розширеним діапазоном фоточутливості (від ультра-фіолетового до ближнього інфрачервоного) і можуть бути використані як фотоприймачі та перетворювачі сонячної енергії Запропоновані технологічні і конструкційні підходи до створення гібридних сонячних комірок на основі мікродиспергованого InSe в матриці електропровідних полімерів;

  • показано, що оптимізація методу іонного розпилення Ga в атмосфері аміаку у схрещених електричному і магнітному полях дає можливість отримати тонкі нітридогалієві плівки для фотоприймачів ультрафіолетового діапазону доступними технологічними прийомами;

  • розроблено конструкційно-технологічні підходи для отримання електрохромних індикаторів з польовим керуванням, сформованих на поверхні прозорих напівпровідників, які можна використати як електрохромні дисплеї для побутової техніки;

  • розроблено технологічне рішення функціонально чутливого елемента оптичного сенсора для визначення водневого покажчика (рН), який здатний змінювати спектр пропускання залежно від стану середовища;

  • розроблено фізико-технологічний підхід до створення наноструктур на основі поруватого кремнію та електропровідних полімерів. На цій основі запропоновано параметричні сенсори аміаку, принцип дії яких базується на зміні вольт-амперних характеристик та спектрів фотолюмінесценції в залежності від парціального тиску аміаку в діапазоні від 100 до 500 ррm.

Особистий внесок здобувача. Основні результати дисертаційної роботи отримані автором самостійно. У роботах за темою дисертації, опублікованих у співавторстві, автору належить провідна роль у формуванні мети та завдань наукового пошуку, постановці задач, плануванні та організації проведення досліджень та інтерпретації результатів досліджень: у роботах [1, 2, 27, 28] запропоновано методику експериментальних досліджень і реалізовано методику та експериментальну схему установки для експериментальних досліджень термофотопровідності; у [3, 29, 30] запропоновано концепцію створення ультрафіолетового фотоприймача з розширеною спектральною чутливістю в ультрафіолетову область спектру; у [4-6, 10, 31] розроблено методику виготовлення регулятора рівня струму, запропоновано методику вимірювання зміни динамічної провідності напівпровідникового матеріалу; у роботах [7-9, 21, 32, 33] сформульовані принципи створення інтерфейсних шарів шляхом модифікації поверхні напівпровідникових кристалів, розроблено технологічні підходи опромінювання напівпровідникового кристала потужним інфрачервоним лазером,