LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

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

отримані гетероструктури можуть бути використані як чутливі елементи газових сенсорів.



Рис.7. Прямі гілки вольт-амперних характеристик гетероструктури в залежності від величини тиску аміаку.


Встановлено, що спектральні характеристики фотолюмінесценції (ФЛ) для гетероструктури ПК-ПАН мають значно вищі показники порівняно з аналогічними структурами, коли плівка ПАН отримується з розчину полімеру, синтезованого методом хімічної полімеризації. Так, зокрема, зменшення інтенсивності ФЛ у досліджуваній структурі становить лише 35-40 % (проти 65 %), а зсув максимуму випромінювання не перевищує 2 нм (проти 30-40 нм).

На рис.8 представлена залежність інтенсивності фотолюмінесценції від тиску аміаку. Зростання тиску веде до збільшення інтенсивності, що можна пояснити процесами відновлення поліанілінової плівки, а отже збільшення її оптичної прозорості.



Рис.8. Залежність інтенсивності фотолюмінесценції від тиску аміаку на довжині хвилі 700 нм.


Отже, можна стверджувати, що гетероструктуру поруватий кремній -поліанілін можна використовувати як багатопараметричний сенсор, а саме, для визначення концентрації газу за зміною параметрів вольт-амперних характеристик та спектрів фотолюмінесценції.

Дослідження фоточутливості гетероструктури показало, що наростання фотоструму внаслідок освітлення зразка відбувається протягом декількох хвилин, тоді як спад напруги після вимикання джерела світла на порядок менший. У фотогальванічному режимі така поведінка фотоструму не спостерігається. Тривалий час зростання і спадання фотоструму в гетероструктурі можна пояснити впливом пасткових рівнів у шарі поліаніліну на фотопровідність гетероструктури. Враховуючи, що основний вклад у фоточутливість вносить пористий кремній, можна припустити, що поглинання світла в пористому кремнії приводить до створення електронно-діркових пар, значна частина яких захоплюється пастковими рівнями в шарі поліаніліну.

Імпедансні дослідження показали наявність у гетероструктурі двох потенціальних бар’єрів: перший - на границі розділу поліанілін-пористий кремній, другий – пористий кремній-монокристалічний кремній. Отримане значення послідовного опору гетероструктури (Rs~300 Ом) дає можливість ефективно використовувати такі структури як сонячні елементи та світловипромінюючі діоди.

Шостий розділ присвячений технологічним засадам формування широкозонних напівпровідникових плівок на поверхні селеніду галію та розробки методу лазерно-стимульованої інтеркаляції.

Основними проблемами створення приладів на основі ІІІ-нітридних гетероструктур є значні технологічні труднощі в отриманні високоякісного матеріалу. Ультрафіолетові фоточутливі структури на основі цих сполук в основному отримують, використовуючи високопрецизійні та дорогі методи, такі як молекулярно-променева епітаксія та металоорганічний синтез. Однак обмежений доступ до подібних технологій спонукає до розробки альтернативних низькотемпературних, відносно недорогих методів формування структур на основі ІІІ-нітридів.

Розроблений реактор розпилювання арсеніду галію у схрещеному електричному і магнітному полях являє собою комірку Пеннінга, що містить два прямокутних сталевих катоди розміром 26х30 мм, на внутрішній стороні яких наклеєні пластини GaAs (100) (n-типу провідності n=1016 см-3) і П – подібний мідний анод завдовжки 25 мм, під якими розташована підкладка (рис.9). Магнітне поле створювалось двома постійними самарій-кобальтовими магнітами, індукція магнітного поля на поверхні катодів В=0,26 Т. Анод формувався з п’яти ізольованих секцій, дві з яких, власне анод, а три, з наклеєними підкладками GaAs, на які можна подавати потенціал - катод. Вертикальний переріз реактора з позначенням потоків розпиленого матеріалу подано на рис.10.




Рис.9. Комірка Пеннінга:

А- анод; К – катоди;

П – підкладка; В – магнітне поле.


Рис.10. Вертикальний переріз комірки Пеннінга: а –розмір катодів; b – віддаль підкладки від катодів; H – відстань між катодами; с – ширина анодної секції; z –віддаль першої секції від катода; h – приріст довжини катоду.


Температура підкладки задавалася резистивним нагрівачем і досягала 650 К. Розміри пристрою сконструйовані для встановлення під ковпак вакуумної установки.

Для отримання плівок рівномірної товщини був проведений аналіз впливу розмірів пристрою розпилювання на товщину плівок вздовж серединної лінії між катодами:


;

;

,

де F1, F5 – відносні потоки розпиленого матеріалу з катодів; F2, F3, F4 – відносні потоки розпиленого матеріалу з секцій анода.

Результати розрахунків із використанням системи MathСad подано на рис.11.



Рис. 11. Вплив анодних секцій на рівномірність плівок: 1 - всі секції відключені; 2 – підключена середня секція; 3 - підключені крайні секції; 4 – підключені всі секції.


Плівки GaN отримувалися катодним розпиленням GaAs у схрещених електричному і магнітному полях, постачальником атомарного азоту був розряд в атмосфері аміаку. Дослідження спектру горіння електричного розряду при напрузі на аноді 500-800 В і тиску 1,3 Па показали наявність у реакторі як атомарного азоту, так і радикалів типу NH-, NH2-, а також молекулярного азоту.

Рентгенограму структури GaSe–GaN показано на рис.12 Використовуючи дифрактограми для чистих GaSe і GaN, можна стверджувати, що спектр містить (002n) рефлексів GaSe (результат орієнтації підкладки) і (110) рефлекс гексагонального GaN. Ця лінія не є найбільш інтенсивною лінією GaN, однак рефлекси для інших площин не спостерігаються. Крім того, існує пік 2q=28.8°, найближчий до рефлексу Ga2Se3.



Рис.12. Рентгенівська дифрактограма структури GaSe– GaN:

() - e-GaSe; (·) - GaN.


Катодолюмінесцентні дослідження гетероструктури показали наявність на поверхні селеніду галію плівки GaN.

Вдосконалення фізичних властивостей гетероструктур типу зумовлене перспективністю застосування цих матеріалів у сонячній енергетиці та сенсорній техніці. З цією метою досліджувалась можливість формування оксидного шару на поверхні моноселеніду галію (GaSe) за допомогою лазерного окислення імпульсами азотного лазера в кисневій атмосфері. Опромінювання зразків GaSe проводилось імпульсами азотного лазера з довжиною хвилі 337,1 нм та тривалістю 5 нс при чотирьох фіксованих густинах