Релаксация электросопротивления твердотельных датчиков газов под влиянием внешних воздействий

• Автор: Русских, Дмитрий Викторович
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 162 с. : ил.

1.1. Атомная структура и строение кристаллической решетки ЭпОг.

1.2. Физикохимические свойства диоксида олова.

1.3. Газочувствительные свойства тонких пленок диоксида олова

1.4. Теория протекания и электропроводность сильно неоднородных сред

1.5. Возможные механизмы воздействия света на электрофизические свойства полупроводников.

1.6. Влияние подсветки на газочувствительные свойства полупроводников

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ

ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ МИКРОЭЛЕКТРОННЫХ ДАТЧИКОВ ГАЗОВ НА РАЗЛИЧНЫХ КОНСТРУКЦИЯХ ТЕСТОВЫХ СТРУКТУР
2.1. Конструкция и технологический маршрут изготовления тестовых структур микроэлектронных датчиков газов.
2.2. Методика исследования условий термостабилизации электрических параметров микроэлектронных датчиков газов на различных конструкциях тестовых структур.
2.3. Методика исследования газовой чувствительности микроэлектронных датчиков газов на различных конструкциях тестовых структур к различным газам на воздухе.
2.4. Методика исследования свойств тестовых структур микроэлектронных датчиков газов при воздействии подсветки при различных температурах.
ГЛАВА 3. ТЕРМОСТАБИЛИЗАЦИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ И ГАЗОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЕ СВОЙСТВА МИКРОЭЛЕКТРОННЫХ ДАТЧИКОВ ГАЗОВ
ЗЛ. Термостабилизация электрических параметров тестовых структур
после длительного хранения на воздухе
3.2. Газовая чувствительность микроэлектронных датчиков газов к парам этилового спирта в воздухе.
3.3. Газовая чувствительность микроэлектронных датчиков газов к парам ацетона в воздухе
3.4. Газовая чувствительность микроэлектронных датчиков газов к парам изопропилового спирта в воздухе.
3.5. Отклик микроэлектронных датчиков газов к водороду
3.6. Исследование условий хранения тестовых структур микроэлектронных датчиков газов
ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 3.
ГЛАВА 4. РЕЛАКСАЦИЯ ОПТИЧЕСКИ СТИМУЛИРОВАННОГО ЭЛЕКТРОСОПРОТИВЛЕНИЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ МИКРОЭЛЕКТРОННЫХ ДАТЧИКОВ ГАЗОВ
4.1. Релаксация оптически стимулированного электросопротивления микроэлектронных датчиков газов
4.2. Влияние термостабилизации на релаксацию оптически стимулированного электросопротивления чувствительных элементов микроэлектронных датчиков газов
4.3. Влияние интенсивности облучения на релаксацию электросопротивления чувствительных элементов микроэлектронных датчиков газов.
4.4. Влияние температуры на релаксацию оптически стимулированного электросопротивления чувствительных элементов микроэлектронных датчиков газов.
4.5. Газовая чувствительность оптически стимулированных сенсорных слоев датчиков газов типа В к парам этилового спирта в и ацетона
воздухе.
ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


Диоксид олова изучен довольно подробно, прежде всего потому, что 8п давно уже нашел промышленное применение в качестве материала для переменных и постоянных пленочных резисторов и прозрачных токопроводящих покрытий. Рассмотрение простой зонной структуры в приближении Гудинафа показывает, что уровень Ферми должен лежать вблизи верхнего края или выше него разрыхляющей полосы, первично образованной взаимодействием атипа между еуорбиталями катиона и Бр2орбиталями кислорода . Из этого следует, что диоксид олова должен быть широкозонным полупроводником. Детальный анализ края УФпоглощения монокристаллов 8п подтверждает это предположение и дает ширину запрещенной зоны по одним источникам 3,8 эВ , по другим 3, эВ . Диоксид олова является полупроводником птипа за счет избытка катионов, что характерно для монокристаллов, выращенных как в окислительной, так и в восстановительной атмосфере. Подобное наличие анионных вакансий часто встречается у диоксидов со структурой рутила, причем замечено, что на свойства таких оксидов М существенно влияют примеси металлов в формальной степени окисления 3 или 5 . Омсм. Для очень чистого образца 8п ,8 найдено значение
4 Омсм , электропроводность а 0, 1 при Т С . Подвижность носителей см2Вс при 0 С также указывает на широкозонную природу ЗпОз Е, 3, эВ. Химические свойства диоксида олова приведены в таблице 1. Таблица 1. Проявление поликристаплическими тонкими пленками диоксида олова газочувствительных свойств обусловлено наличием поверхностных состояний, располагающихся ниже уровня Ферми, которые взаимодействуют со всеми газами, присутствующими в окружающей среде. Влиянию молекул газов на электрофизические свойства полупроводниковых оксидов металлов серьезное внимание уделено в теоретических работах . Волысенштейн Ф. Ф. в своих трудах , рассматривал хемосорбированные частицы как примеси, внедренные в поверхность кристалла, нарушающие периодическое строение поверхности. Он предположил, что адсорбированная частица атом или молекула газа и решетка адсорбента образуют единую квантовомеханическую систему, при анализе которой необходимо учитывать изменение электронного состояния адсорбированной частицы и самого адсорбента. Во время такого перемещения преодолеваются энергетические барьеры. Если высота этих барьеров меньше энергии связи частицы с решеткой, то частица может ползать по поверхности, не отрываясь от нее. С повышением температуры подвижность частицы возрастает. Отличие рассматриваемой Волькенштейном примеси, от структурных дефектов состоит в том, что примеси способны уходить с поверхности в газовую фазу и приходить из нее обратно, в то время как структурные дефекты прочно связаны с поверхностью. Хемосорбированная частица, при рассмотрении ес как структурного дефекта поверхности, оказывается центром локализации для свободного электрона решетки, служа для него ловушкой и выступая в роли акцептора для свободного электрона, или в зависимости от природы частицы она может служить центром локализации для свободной дырки, выступая в роли донора. То есть, адсорбированные частицы создают локальные поверхностные энергетические уровни для электронов и дырок . Опираясь на то, что хемосорбированные частицы могут существовать в двух формах заряженной и незаряженной, Волькенштейн ввел понятие слабой и прочной форм хемосорбции. В случае незаряженной формы связь адсорбированной частицы с адсорбентом осуществляется за счет обобществления ес электрона с атомами решетки, а возникающий локальный уровень, расположенный в запрещенной зоне, оказывается незаполненным. Такая одноэлекзронная связь хемосорбированной частицы с поверхностью полупроводника носит название слабой. Хемосорбированная частица в этом случае оказывается поляризованной, причем дипольный момент, возникающий при хемосорбции, имеет чисто квантовомеханическое происхождение. В случае заряженной формы хемосорбции свободный электрон решетки и хемосорбированная частица связываются обменным взаимодействием, приводящим к локализации свободного электрона или дырки на поверхностном энергетическом уровне адсорбированной частицы, что обусловливает возникновение прочной связи.