Сенсорные МДП-элементы для полупроводниковых интегральных водородочувствительных датчиков

• Автор: Никифорова, Марина Юрьевна
• Шифр специальности: 05.13.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 123 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. ИНТЕГРАЛЬНЫЕ СЕНСОРЫ КОНЦЕНТРАЦИЙ ГАЗОВ

1.1. Состояние разработок интегральных сенсоров для измерения концентраций газов

1.1.1. Резисторные и резисторномкостные сенсоры

1.1.2. Каталитические и электрохимические сенсоры

1.1.3. Массочувствительные сенсоры.

1.1.4. Сенсоры на основе МДПструктур и диодов Шотки.

1.1.5. Оптические и оптоволоконные датчики.

1.2. Перспективы создания и области применения новых приборов на основе

интегральных газовых сенсоров

Выводы.
Глава 2. АНАЛИЗ ФИЗИЧЕСКИХ МЕХАНИЗМОВ ВОДОРОДНОЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ НА ОСНОВЕ СТРУКТУРЫ МЕТАЛЛДИЭЛЕКТРИКПОЛУПРОВОДНИК.
2.1. МДПструктура с палладиевым затвором. ГГГГ.7.7ГГ
2.1.1. Упрощенная модель.
2.1.2. Термодинамическая модель
2.1.3. Модель изменения работы выхода в металле
2.2. МДПтранзистор с палладиевым затвором.
2.2.1. МДПтранзистор
2.2.2. Уточнение физикоматематической модели работы МДПтранзисторных газочувствительных элементов на основе экспериментальных данных
2.2.3. Чувствительность к водороду МДПтранзисторного сенсорного элемента
с двухслойным диэлектриком.
Выводы.
Глава 3. КОНСТРУКТИВНОТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ИНТЕГРАЛЬНЫХ ДАТЧИКОВ ВОДОРОДА.
3.1. Интегральные датчики водорода серии ИДВ1.
3.2. Интегральные датчики водорода серии ИДВ2.
3.3. Интегральные датчики водорода серии ИДВ3.
3.4. Маршрут технологического цикла изготовления датчиков серии
Выводы.
Глава 4. МЕТОДИКА И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ МЕТРОЛОГИЧЕСКИХ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СЕНСОРНЫХ МДПТРАШИСТОРНЫХ И РЕЗИСТОРНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
4.1. Параметры отклика и метрологические характеристики сенсорных элементов
4.2. Измерительный стенд доя проведения исследований параметров
отклика
4.3 Общая методика проведения измерений параметров отклика с МДП
транзисгорных сенсорных элементов интегрального датчика водорода
4.4 Влияние на метрологические характеристики МДПтранзисторных водородочувствительных элементов технологических отжигов и газовых тренировок.
4.5. Влияние электрического режима, температуры кристалла и временного дрейфа на параметры отклика МДПтранзисторного водородочувствительного
элемента с палладиевым затвором
Выводы.
Глава 5. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК МДПТРАНЗИСТОРНЫХ И РЕЗИСТОРНЫХ СЕНСОРНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ИНТЕГРАЛЬНЫХ ДАТЧИКОВ ВОДОРОДА.
5.1. Исследование стабильности и воспроизводимости характеристик МДПтранзисторных сенсорных элементов интегральных датчиков водорода при их долговременной эксплуатации
5.2. Анализ параметров модели
5.3. Исследование паразитного влияния водородосодержащих газов паров аммиака и бензина, а также светового и УФизлучений на параметры отклика МДПтранзисторных водородочувствительных элементов.
5.4. Рекомендации но эксплуатации практическому применению
интегральных датчиков водорода с МДПтранзисторным чувствительным элементом.
5.5. Исследование сенсорных элементов на основе палладиевого
тонкопленочного резистора.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


В частности, на атомных и тепловых электростанциях, а также в производственных зонах предприятий по созданию ядерного топлива возможно выделение газообразного водорода, в реактивных двигателях на водородном топливе возможна утечка газообразного водорода сначала в гелий и затем в воздух, что также может привести к взрывоопасным ситуациям. Ранее проведенные исследования структур типа металлдиэлектрикполупроводник с палладиевым затвором показали их чувствительность ко многим газам, например, водороду, углеводородам, парам спирта, сульфиду водорода, аммиаку и монооксиду углерода . Однако до сих пор многие вопросы разработки и эксплуатации интегральных сенсорных элементов на основе МДПструктур недостаточно изучены. Поэтому разработка и создание датчиков водорода для измерения малых концентраций водорода, чувствительным элементом которых является МДПструктура, представляется актуальным. Целью данной диссертации является разработка конструктивнотехнологических способов создания МДПтранзисторных сенсорных элементов для полупроводниковых интегральных водородочувствительных датчиков с повышенными эксплуатационными характеристиками. Анализ сенсорных элементов их типов, принципов работы, технологий изготовления. Разработка конструктивнотехнологических решений для реализации интегральных датчиков на основе резисторных и МДПтранзисторных сенсорных элементов. Исследование метрологических и эксплуатационных характеристик сенсорных МДПтранзисторных и резисторных элементов. Исследование влияния на сенсорные МДПтранзисторные элементы технологии изготовления, термо и газотренировок, зависимости чувствительности и быстродействия от температуры кристалла и электрических режимов включения сенсоров с учетом действия на них внешних паразитных факторов. Разработка методик исследований параметров сенсорных МДПэлементов в составе интегральных водородочувствительных датчиков. МДтранзисторов на основе двухслойных диэлектриков с актюагорным термонагревательным элементом. Такой подход использовался впервые и позволил снизить потребляемую мощность, повысить быстродействие и стабильность водородочувствительных датчиков. Установлено, что оптимальный интервал рабочих температур составляет 0. С, а максимальная чувствительность к водороду проявляется при значениях начального напряжения на затворе, лежащих в пределах от 0,6 до 0,6 В. МДГТтранзисторных сенсорных элементов, позволяющий максимально продлить срок их эксплуатации. МДПтранзисторных водородочувствительных элементов для приборов и систем. В первой главе проводится анализ публикаций по состоянию разработок в области датчиков измерения концентрации газов, рассматриваются различные типы и принципы работы сенсорных элементов. Дается оценка состояния и перспектив разработок интегральных газовых сенсоров и возможностей их применения для измерения концентрации газов в реальном масштабе времени. Во второй главе рассмотрены существующие на сегодняшний день модели, объясняющие принцип работы МДПчувствительных структур, и проведен анализ физических механизмов водородной чувствительности элементов на основе МДПструктур с палладиевым затвором. Продолжено развитие физикоматематической модели работы водородочувсгвительных МДПструктур. В третьей главе даются рекомендаций по созданию интегральных датчиков водорода на основе МДПтранзисторных чувствительных элементов, и описана технология изготовления исследованных интегральных датчиков водорода серии ИДВ3. В четвертой главе рассматриваются параметры отклика и метрологические характеристики сенсорных элементов, описана методика проведения исследований параметров отклика сенсорных элементов и измерительный стенд, который позволяет наблюдать отклики интегральных датчиков в автоматическом режиме с выводом на монитор и возможностью хранения данных. В пятой главе приводятся результаты проведенных экспериментальных исследований, проводится их обсуждение и предлагаются рекомендации по эксплуатации интегральных датчиков водорода на основе МДПтранзисторного чувствительного элемента. В заключении обсуждаются основные результаты диссертации.