ДОСЛІДЖЕННЯ ФОТОПРОВІДНОСТІ СТРУКТУР НА ОСНОВІ ПОРУВАТОГО КРЕМНІЮ

Анотація

На сьогоднішній день виникає необхідність в розробці мікроелектронних систем детектування газів для промислових, офісних та житлових приміщень, які можуть бути компонентами інтегральних систем захисту життя і здоров'я людини. Особливий інтерес представляють сенсори на основі нанопоруватих напівпровідників, зокрема, поруватого кремнію. Для проектування таких сенсорів необхідно знати залежності фотопровідності поруватого кремнію від стану поверхні, що залежить від газового середовища, в якому він знаходиться, а також ступеня поруватості матеріалу, геометрії пор і частоти модуляції інтенсивності падаючого світла.

В даній роботі приводяться результати досліджень вольт-амперних характеристик, фотопровідності, які виникають в гетероструктурах, сформованих на основі ПК на кремнієвих підкладках різного типу провідності, при адсорбції водневомістких молекул (ацетон (CH₃)₂CO, бензол C₆H₆, толуол (метилбензол) C₆H₅-CH₃C₂H₅OH), а також кривих ВАХ при дії екологічних газів.

Дослідження морфології поверхні зразків поруватого кремнію на кремнієвій підкладці n-типу провідності проводились за допомогою скануючого електронного мікроскопа РЕЕМА-102-02 та на скануючому зондовому мікроскопі SolverNEXTз наноіндентером Solver NexT, NT-MDT, методом атомно-силової мікроскопії (АСМ) в напівконтактній моді на повітрі.

Представлено динамічні вольт-амперні характеристики, виміряні з метою встановлення ефективної області для реєстрації фотопровідності. Вольт-амперні характеристики структури має випрямляючий характер, причому не спостерігається насичення ані прямого, ані зворотного струму.

У випадку дослідження фотопровідності, генеровані в поруватому кремнії носії рекомбінують поблизу межі області просторового розділення зарядів. Наявність товстих шарів ПК на кремнієвій підкладці n-типу провідності, показала наявність зміни сигналу провідності по струму у видимій області 500-800 нм. Представлено спектральні залежності провідності при наявності в атмосфері парів шкідливих вуглеводневих сполук із фіксованим вмістом домішок. Спостерігається зсув максимуму чутливості при невеликих сигналах для досліджуваного зразка в області 650-850 нм.

Приведені експериментальні результати показують можливість застосування ПК як приклад застосування детектора шкідливих екологічних газів завдяки складній і розгалуженій поверхні досліджуваної структури.

Ключові слова: поруватий кремній; сенсор; фотопровідність; вольт-амперна характеристика; фоточутливість