LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

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

мікроінтерферометра МИИ-4.

Наведена розроблена технологія одержання функціональних плівок поліпарафенілену на оптично прозорих поверхнях, що включає електрохімічну полімеризацію бензолу в органічному розчиннику за наявності каталізатора та електроліту, при якій електрохімічну полімеризацію проводять на оксидно-станатному або In2O3 катоді при густині струму 0,12…0,20 мА/см2, а як каталізатор використовують хлорид алюмінію або тетрафторборат літію.

Розробка технологічних засад створення пристроїв мікроелектроніки на основі органічних і неорганічних напівпровідників вимагає застосування комплексу методів діагностики цих об’єктів. Для цього застосовано сучасні методи досліджень, а саме:

  • дослідження структур плівок GaN, отриманих на підкладці з GaSe, проводили з використанням дифрактометра DRON-3 з Cu-ka випромінюванням у діапазоні 200<2q<700 з кроком сканування 0,050;

  • дослідження структури зразків поруватого кремнію та гетероструктур поруватий кремній – поліанілін проводили на дифрактометрі STOE Stadi P, геометрія Дебая-Шерера, германієвий монохроматор, CuКб випромінювання;

  • для дослідження надмолекулярної структури і морфології полімерних плівок застосовували електронну, металографічну мікроскопію;

  • стан поверхні напівпровідників та морфологія модифікованих поверхневих шарів монокристалічного поруватого кремнію та поліаніліну на поверхні неорганічних матеріалів досліджувались із використанням атомно-силової мікроскопії.

Вольт-амперні, вольт-фарадні та імпедансні вимірювання характеристик гетероструктур проводились, використовуючи вимірюючий комплекс AUTOLAB з застосуванням програм GPES і FRA.

Розроблена методика вимірювання фотолюмінесценції зразків поруватого кремнію і гетероструктури por-Si- спряжений полімер.

Для дослідження спектральних характеристик і оптичного загасання термофотопровідності шаруватих кристалів розроблена методика вимірювання та запропоновані функціональні схеми установок, в яких реалізована техніка синхронного детектування, що забезпечує спостереження диференційного сигналу в області особливостей спектра.

У третьому розділі для вивчення нових підходів до створення приладів мікроелектроніки розроблялась технологія отримання і досліджувались електричні та фотоелектричні властивості гетероструктур на основі p-InSe- поліфенілацетилену, p-InSe поліаніліну та композитного матеріалу – мікродисперсного InSe в матриці електропровідного полімеру.

Створені ізотипні “p-p”-гетеропереходи на основі шаруватих кристалів InSe:(Ag) та провідних полімерів (поліфенілацетилен (ПФА) або поліанілін (ПАН)). Полімерна плівка (ПФА або ПАН) наносилась на поверхню монокристала (InSe:Ag) з розчину електрохімічно синтезованого полімеру методом випаровування розчинника. У випадку створення гетероструктур на основі ПАН використовувався полімер, отриманий методом хімічного синтезу у вигляді емералдинової основи, яка характеризується помітною фоточутливістю. Провідний полімер ПФА використовувався у формі р-легованого транс-ізомеру. Результатом легування плівок ПФА в атмосфері насиченої пари чи в розчині йоду є зміна електронних властивостей, зокрема оптичних спектрів поглинання і провідності, що дозволяє формувати функціональні шари з наперед заданими властивостями на поверхні неорганічних напівпровідників. Омічними контактами до InSe та провідних полімерів слугували, відповідно, напівпрозорі плівки індію та платини. Провідність гетероструктури залежить від величини послідовного опору, який визначається технологією нанесення та опором провідного полімеру, що, в свою чергу, залежить від ступеня легування. Типові темнові вольт-амперні характеристики InSe-ПФА та InSe-ПАН гетероструктур зображено на рис. 1 і рис. 2. Прямі вітки ВАХ відповідають додатному потенціалу на полімері.


Рис.1. Темнові вольт-амперні характеристики гетероструктури

InSe-ПФА у випадку прямого та зворотного зміщення (вставка), зняті при різних температурах



Рис.2. Темнові вольт-амперні характеристики гетероструктури InSe-ПАН, зняті при різних температурах


Діодна теорія в цьому випадку представляє вираз для густини струму , де n –фактор ідеальності, Іs – струм відсікання, k – константа Больцмана, q–заряд електрона, Rs – послідовний опір і T –температура. Струмова напруга відсіканння для гетероструктур становить 0,63 В для InSe-ПФА та 0,8 В для InSe-ПАН. Вольт-фарадні вимірювання свідчать про наявність різкого переходу в гетероструктурах. Ємнісна напруга відсікання, яка визначає сумарний вигин зон в області гетеропереходу, близька до струмової напруги відсікання, що вказує на малу густину станів на межі поділу гетеропереходу.

Встановлено, що струм короткого замикання гетероструктур, на відміну від органічних фотоприймачів, характеризується лінійною залежністю від інтенсивності світла, а його значення при інтенсивності світла 30 мВт/см2 становить 0,73 мА/см2 і 3,9 мА/см2 відповідно для InSe-ПАН і InSe-ПФА. Динамічний діапазон лінійності фотоструму структури становить не менше ніж 7 – 90 мВт/м2 (14 дБ), струмова фоточутливість - 0,1 А/Вт. Динамічний діапазон лінійності структури InSe-ПАН значно вужчий, ніж у випадку InSe- ПФА, що може бути зумовлено високою густиною пасток на межі інтефейсного шару. Напруга холостого ходу при даній інтенсивності світла становить 0,38 В для InSe-ПФА і 0,57 В для InSe-ПАН. Дослідження спектральних характеристик фоточутливості гетероструктур показали, що низькоенергетична складова фоточутливості обмежується шириною забороненої зони InSe, а високоенергетична складова зумовлена фоточутливістю провідного полімеру, спектральна залежність якої корелює зі спектрами поглинання органічного напівпровідника (рис. 3).



Рис. 3. Спектр фоточутливості гетеропереходу ПФА-InSe


Запропоновано конструкційні та технологічні основи виготовлення гібридної сонячної комірки. Композит, що складався з мікродиспергованих кристалів InSe у матриці провідного полімеру (вагове співвідношення органічної та неорганічної фаз становило 1:1), методом центрифугування наносився на станатне скло. Другим контактом до композиту слугував шар золота товщиною 0,4 мкм, сформований методом електронно-променевого напилювання.

Струмову залежність від напруги такої структури можна описати рівнянням Шотткі з коефіцієнтом ідеальності, близьким до 2. Густина струму короткого замикання структури при низькій інтенсивності світла (до 20 мВт/м2) апроксимується лінійною залежністю від інтенсивності як . Такий характер залежності можна пояснити тим, що мілкі рівні (ці рівні в таких напівпровідниках, як InSe часто є рівнями прилипання) не проявляються при низьких інтенсивностях світла, тобто характер залежності від освітленості аналогічний до випадку відсутності рівнів