Авторефераты по всем темам  >>  Авторефераты по физике  

На правах рукописи

САЛИХОВ Хафиз Миргазямович

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ В ГЕТЕРОСТРУКТУРАХ И ДИОДАХ ШОТТКИ НА ОСНОВЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВ A3B5 И КРЕМНИЯ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В СЕНСОРАХ ВОДОРОДА

специальность 01.04.10 - физика полупроводников

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени
доктора физико-математических наук

Санкт-Петербург - 2010

Работа выполнена в Физико-техническом институте им. А.Ф. Иоффе Российской Академии наук.

Научный консультант:

доктор физико-математических наук, профессор Яковлев Юрий Павлович

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор - Конников Семен Григорьевич

доктор физико-математических наук, профессор - Воробьев Леонид Евгеньевич

доктор технических наук, профессор - Тришенков Михаил Алексеевич.

Ведущая организация: Казанский Государственный Университет.

Защита состоится л10 июня 2010 г. в 16:00 часов на заседании диссертационного совета Да212.229.01 в ГОУ ВПО Санкт-Петербургский государственный политехнический университет по адресу: 195251, Санкт-Петербург, ул. Политехническая, д.29, учебный корпус II, ауд. 470.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке ГОУ ВПО УСанкт-Петербургский государственный политехнический университет Ф. 

Автореферат разослан ___ марта 2010 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета                                        Коротков А.С.

Общая характеристика работы

Актуальность темы: В течение последних десятилетий интенсивное исследование полупроводников A3B5, их соединений и гетероструктур привели к бурному развитию
оптоэлектроники и созданию широкого класса полупроводниковых приборов, включая светодиоды, лазеры, фотодетекторы, транзисторы, солнечные элементы и др. Перспективными для экологического мониторинга являются приборы ближнего и среднего
ИК-диапазона (1-5 мкм) на основе InAs, InP, InSb, GaSb и их твердых растворов,
поскольку в этом диапазоне лежат полосы поглощения основных природных и промышленных газов. Поиски путей улучшения параметров таких приборов и расширения
их функциональных возможностей требуют детального изучения фундаментальных
процессов рекомбинации и переноса носителей, исследования электрических
и фотоэлектрических явлений в кристаллах и гетероструктурах. И хотя исследованию
материалов и гетероструктур на основе полупроводников A3B5, а также структур
на основе Si посвящено значительное число работ, однако целый ряд физических явлений, связанных с протеканием тока через гетерограницу и границу металл-полупроводник,
механизмы рекомбинации носителей, изучение поведения носителей под воздействием света и электрического поля, контактных явлений на интерфейсе и других оставался
в значительной степени слабо изученным. Эти исследования важны как для улучшения параметров существующих оптоэлектронных приборов, так и для создания новых типов сенсоров.

В последние годы в связи с проблемой глобального потепления основное внимание мирового научного сообщества обращено к поискам альтернативных источников энергии, при этом возник стойкий интерес к развитию водородной энергетики.

Важность этой проблемы была отмечена в 2006 г. в Столетнем Меморандуме,
обращенном к главам ведущих держав (Великобритания, Германия, Италия, Канада,
Россия, США, Франция) и подписанном ведущими учеными и специалистами в области водородной энергетики [1]. Меморандум призывает эти страны обратить серьезное
внимание на развитие и поддержку водородной энергетики и включение ее в свои рабочие программы. В этом плане важными представляется разработка топливных элементов, проблема транспортировки и хранения водорода, а также создание различного типа
сенсоров водорода и водородосодержащих газов, способных регистрировать как утечки водорода, так и обеспечить безопасность окружающей среды.

В рамках настоящей работы существенное внимание было уделено также поискам новых методов регистрации водорода и водородосодержащих газов, что и явилось одним из побудительных мотивов для постановки данной работы. Для этой цели были детально исследованы электрические и фотоэлектрические явления и механизмы в структурах
и диодах Шоттки на основе полупроводников A3B5 и кремния, в том числе с палладиевыми контактами. Это позволило не только изучить фундаментальные физические процессы на интерфейсе сложных гетероструктур и диодов Шоттки и обнаружить ряд новых
эффектов, но и предложить новый чувствительный фотоэлектрический метод регистрации водорода. Исследование влияния факторов окружающей среды на механизм переноса темновых и световых носителей в диодных структурах представляло интерес не только
в отношении стабильности электрических и фотоэлектрических характеристик,
но и выявление их потенциальных возможностей с целью создания новых типов приборов и устройств. На основе данного комплексного исследования был предложен новый
фотоэлектрический метод детектирования водорода и водородосодержащих газов, а также созданы экспериментальные макеты оптоэлектронных сенсоров на основе фотодиодов
и светодиодов полупроводников A3B5 для экологического мониторинга и охраны
окружающей среды.

Все вышеперечисленное и определило актуальность темы и обусловило постановку данной диссертационной работы.

Целью работы являлись фундаментальные исследования,
электрических, рекомбинационных и фотоэлектрических явлений в кристаллах и диодных структурах на основе полупроводников A3B5 и кремния и применение их для создания
на их основе сенсоров нового типа для задач водородной энергетики и охраны
окружающей среды.

Достижение поставленной цели требовало решения следующих задач:

проведения исследований электрических свойств полученных структур и механизмов протекания тока на гетерограницах структур различного типа;

экспериментальных исследований фотоэлектрических и рекомбинационных свойств кристаллических и диодных структур на основе InAs и InAsSbP в зависимости
от концентрации носителей и температуры;

разработки технологии структур металл-полупроводник на основе p-InAs, n(p)-InP, InGaAs, a также Si с использованием в качестве контактов диодов Шоттки Au и Pd,
а также создания гибридных структур диод Шоттки - изотипный гетеропереход;

исследования фотоэлектрических явлений в гетероструктурах и диодах Шоттки
на основе полупроводников A3B5 и Si с палладиевыми контактами, в том числе, в зависимости от влияния окружающей среды (водорода и влажности);

исследования потенциальных возможностей прикладных применений результатов научных исследований для создания сенсоров водорода и водородосодержащих газов,
а также оптоэлектронных сенсоров.

Объекты и методы исследования

Объектами исследований являлись кристаллы и гетероструктуры соединений A3B5 InAs, InP, InAsSbP, а также сложные структуры на основе Si-SiO2 и пористого кремния
с палладиевыми контактами. В работе применялись комплексные методы исследования электрических, рекомбинационных и фотоэлектрических характеристик, а также методики исследования влияния водорода и влажности на параметры исследуемых структур.
Это позволило изучать детали физических процессов в исследуемых системах. Объектами исследования являлись также макеты фотоэлектрических и оптоэлектронных сенсоров
водорода, водородосодержащих газов и влажности, созданных на основе изученных
материалов и структур.

Научная новизна работы

Состоит в обнаружении и исследовании новых физических эффектов. Проведены комплексные экспериментальные и теоретические исследования фотоэлектрических
и рекомбинационных явлений и механизма протекания тока в кристаллах и сложных
гетероструктурах с барьерами Шоттки на основе полупроводников A3B5 и Si.

Научная новизна работы определяется тем, что в ней впервые:

обнаружено, что сильное изменение фотоэдс в атмосфере водорода
в структурах на основе InP, InGaAs, Si с палладиевым контактом, превышающее
на один-два порядка изменение темнового тока, связано с увеличением или понижением высоты барьера диода Шоттки, что важно для практических применений,

установлено, что изменение фотоэдс в атмосфере водорода в структурах
Pd-SiO2-n(p)Si с туннельно-тонкими слоями SiO2 составляет 2-3 порядка величины
и на 2 порядка превышает изменение темнового тока. Фотоэдс изменяется главным
образом из-за изменения высоты барьера вследствие перезарядки на границе Pd-SiO2,

установлено, что изменение фотоэдс в диодных структурах с палладиевым
контактом на основе n-InP и n-InGaAs существенно выше, чем изменение электрических характеристик (прямого или обратного тока), что принципиально важно для создания
сенсоров водорода с использованием фотоэффекта,

определены времена жизни носителей зарядов для процессов межзонной
излучательной и безызлучательной рекомбинации, связанные с переходом носителей
в зону проводимости (CHCC процесс) или в спин-орбитально отщепленную валентную зону (CHSH) для объемных материалов InAs и твердых растворов InAsSbP,

установлено, что в эпитаксиальных структурах InAsSbP c p-n переходом механизм токопереноса обусловлен двумя составляющими: при низких температурах - рекомбинацией в области объемного заряда, а при высоких (T>200 K) - диффузией носителей,

определены параметры оптимизации обнаружительной способности фотодиодных структур на основе InAs. Проведен расчет произведения R0A вазависимости от температуры и концентрации носителей в плавных и резких p-n переходах,

в диодах Шоттки Au-p-InAs определена высота барьера B и установлена
ее зависимость от концентрации носителей и температуры,

разработаны основные элементы технологии создания гетероструктур на основе n(p)-InP, InGaAs, Si и диодов Шоттки с палладиевыми контактами,

показано, что механизм токопереноса в сложных диодных структурах на основе
n- и p-InP с промежуточными слоями (n-InP-n-In2O3-P2O5-Pd) обусловлен туннелированием носителей через барьер Шоттки и глубокие центры,

показано, что в диодных структурах на основе пористого кремния Pd-porSi
темновой ток обусловлен двойной инжекцией. Обнаружены большие времена релаксации фотоэдс при воздействии водорода, которые могут быть использованы в топливных
микроэлементах и электронных элементах памяти.

Научная и практическая значимость работы

Научная и практическая значимость работы обусловлена тем, что совокупность
полученных в ней результатов представляет собой решение ряда проблем, важных
как в фундаментальном, так и в практическом отношении. В фундаментальном плане
проведены комплексные исследования электрических, рекомбинационных и фотоэлектрических свойств в полупроводниках A3B5 и Si и гетероструктурах на их основе. Детально изучен механизм токопереноса в диодах Шоттки и сложных гетероструктурах на основе соединений A3B5 и Si. Впервые изучено влияние палладиевых контактов на фотоэлектрические свойства исследуемых структур, что привело к новым практическим применениям. Наши исследования диодных структур на основе полупроводников A3B5 и кремния
впервые выявили общую закономерность, состоящую в том, что изменение фотоэдс
во всех изученных структурах с палладиевым контактом в газовой смеси с водородом
на порядок больше, чем изменение электрических характеристик (прямого и обратного токов). Это позволило предложить новый чувствительный фотоэлектрический метод
регистрации водорода и водородосодержащих газов.

В работе предложен также новый физический подход к расширению
функциональных возможностей полупроводниковых приборов, в том числе, созданию сенсоров двойного и тройного назначения. Предложены сенсоры водорода, влажности
и водородосодержащих соединений нового типа на основе фотовольтаического эффекта
в сложных гетероструктурах и диодах Шоттки с палладиевыми контактами, перспективные для решения задач водородной энергетики. Разработаны также экспериментальные оптоэлектронные портативные сенсоры метана и оригинальный анализатор содержания воды в нефти. Результаты исследований могут быть использованы также при разработке оптоэлектронных приборов для задач экологического мониторинга, медицины и других применений.

Научные положения, выносимые на защиту

1. В объемных кристаллах InAs время жизни неравновесных носителей при высоких температурах T300аK и больших концентрациях носителей (n0, p0>1016 см-3)
   имитировано Оже-рекомбинацией, при этом преобладает процесс с переносом
   дырки в спин-орбитально отщепленную зону (CHSH процесс). При низких
   концентрациях носителей (n0,p0<1015 см-3) доминирует межзонная излучательная рекомбинация.
2. В эпитаксиальных структурах с p-n переходом на основе твердых растворов InAsSbP токи через переход в области прямых смещений определяются двумя составляющими: при низких температурах (T<200аK) и малых смещениях - рекомбинацией носителей в области пространственного заряда. При высоких температурах (T>200аK) существенным становится вклад диффузионной компоненты, обусловленный рекомбинацией носителей в нейтральной области.
3. Механизм протекания тока в диодах Шоттки Au-p-InAs определяется генерацией-рекомбинацией при концентрации носителей p=1016-1017асм3, а при низких концентрациях - туннелированием через глубокие центры.
4. Впервые обнаруженное сильное изменение фотоэдс в атмосфере водорода
   в структурах палладий-полупроводник (InP, InGaAs, GaP, Si), превышающее
   на один-два порядка изменение темнового тока, происходит. главным образом,
   за счет изменения высоты барьера диода Шоттки (увеличение или понижение),
   что может быть использовано для детектирования водорода.
5. Усиление фототока при обратном смещении в структурах на основе Pb-SiO2-n-Si
   с туннельно-тонким слоем диэлектрика обусловлено увеличением туннельного тока между металлом и полупроводником вследствие наличия сильного электрического поля в области пространственного заряда (E>104 В/см).
6. Перенос тока в диодах Шоттки на основе пористого кремния Pd-por-Si обусловлен двойной инжекцией электронов из подложки n-Si через гетерограницу в пористый слой и дырок через барьер Шоттки. Долговременная релаксация фотоэдс
   и темнового тока при воздействии водорода (до 10-15 мин) обусловлена перезарядкой глубоких уровней в слое пористого кремния. Этот эффект может быть использован в устройствах памяти и накопления водорода в микротопливных элементах.
7. Предложен новый тип фотоэлектрических сенсоров водорода и водородосодержащих соединений, использующих изменение фотоэдс в диодах Шоттки и гетероструктурах на основе полупроводников A3B5 и Si.

Апробация работы

Результаты диссертационной работы были доложены на 2ом Международном Форуме по Нанотехнологиям RUSSNANOTECH, Москва 6-8 октября 2009 г.; 16th Int. Conference IMECOЦTC2, Prague, Czech. Rep., 25-27 August, 2008; Международной конференции
SPIE-Europe УOptical Sensors and ApplicationsФ, Czech. Rep., Prague, 2007; Первой и Второй Российских конференциях по водородной энергетике, Санкт-Петербург, 2004 и 2005 гг.; XVI Международной научно-технической конференции по фотоэлектронике и приборам ночного видения, Москва, 2000; 2nd Intern. Conference on Advanced Semiconductor Devices and Microsystems, Slovakia, Smolenice, 1998; Международной конференции Infrared
Spaceborn, Remote Sensing V, Boston, USA, 1997; Научно-технических конференциях
командно-инженерного училища (ВАКИУ), Казань, 1984, 1987, 1995, 1996 и 1997 гг.;
Всесоюзной конференции Фотоэлектрические явления в полупроводниках, Ашхабад, Туркмения, 1991 г., а также на научных семинарах Физико-Технического института им.аА.Ф.аИоффе РАН и кафедры физики Казанского филиала Санкт-Петербургского
артиллерийского университета; Всесоюзной конференции Тройные полупроводники
и их применение, Кишинев, 1984. Результаты работы как в целом, так и отдельные
ее части докладывались также на семинарах и научноЦтехнических совещаниях
на кафедре общей физики в Казанском инженерном училище им. М.Н.аЧистякова
и на семинарах в ФизикоЦТехническом институте им. А.Ф.аИоффе Российской Академии Наук.

Публикации

Список публикаций автора по теме диссертации, включающий 36 печатных работ
в рецензируемых изданиях, 22 публикации в материалах научно-технических сборников и научных конференций и 1 монографию, приведен в конце диссертации.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения и списка литературы. Объем диссертации составляет 277 страниц, включая 139 рисунков и 4 таблицы. Список литературы содержит 59 наименований авторских публикаций и 131 наименование цитируемой литературы.

Содержание диссертации

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель
и научная новизна работы, перечислены научные положения, выносимые на защиту.

В первой главе рассмотрены излучательные и безызлучательные процессы
в кристаллах арсенида индия n- и p- типа с различной концентрацией носителей заряда
и проведено сопоставление экспериментальных результатов с теоретическими.
Исследованы фотопроводимость и фотомагнитный эффект, и проведена оценка времен жизни неосновных носителей тока. Показано, что преобладающим механизмом безызлучательной рекомбинации являются для n-InAs процесс с переносом избыточного электрона в зону проводимости (CHCC процесс) и процесс с участием дырки из спин-орбитально отщепленной зоны (CHSHЦпроцесс) для p-InAs. Установлено, что основным механизмом излучательной рекомбинации является межзонная рекомбинация. Показано, что при высоких температурах T>300аK
и больших концентрациях
(n0, p0>1016асм-3) время жизни лимитировано безызлучательной Оже-рекомбинацией,
при этом преобладает процесс, обусловленный участием спин-орбитально отщепленной
зоны. При низких концентрациях преобладает излучательный механизм рекомбинации. Полученные результаты согласуются с данными теоретических работ [3,4]. Сравнительные значения температурной зависимости времен излучательной R и безызлучательной A рекомбинации представлены на рис. 1.

В данной главе приведены также расчеты произведения R0A (дифференциального сопротивления в нуле смещения R0 на площадь A диодной структуры)
в InAs p-n переходах с учетом различных механизмов протекания тока для резких
и плавных p-n переходов [A12] в зависимости от температуры и уровня легирования. Этот важный параметр позволяет прогнозировать эксплуатационные характеристики инфракрасных детекторов излучения [5].

Вторая глава диссертации посвящена исследованию фотоэлектрических свойств
и рекомбинационных процессов в твердых растворах InAs1-x-ySbxPy и диодных структурах на их основе. Эти материалы, наряду с InAs, важны для создания оптоэлектронных
приборов - светодиодов, лазеров, фотодиодов для средней ИКЦобласти спектра 1,5Ц4амкм [6]. Проведены экспериментальные исследования и расчет скоростей межзонной
и Оже-рекомбинации. Исследованы вольтамперные характеристики в диапазоне
температур 80Ц300аK для двух групп диодных структур InAsSbP с различной плотностью дислокаций. Изучены механизмы токопереноса в зависимости от температуры. Установлено, что при высоких температурах преобладает диффузионный механизм протекания темнового тока, а при низких Ц  генерационно-рекомбинационный. Показано, что при
малых смещениях и низких температурах основной вклад вносят процессы туннелирования через промежуточные уровни
в запрещенной зоне. Проведены экспериментальные исследования фотопроводимости и фотомагнитного эффекта в интервале температур 80Ц295аK в кристаллах n- и
p-InAsSbP и определены времена жизни носителей, лежащие в интервале 2x10-7Ч3x10-9ас (рис.2)
и кинетика релаксации фотопроводимости. Из полученных совокупных данных показано, что в рекомбинационных процессах в твердых растворах p-InAsSbP необходимо учитывать захват неосновных носителей на глубокие центры Ef=0,13аэВ в запрещенной зоне.

В за2.3 этой главы изучены электрофизические и фотоэлектрические свойства
диодных структур на основе InAsSbP, полученные методом ЖФЭ [A4ЦA10]. Исследованы вольтамперные характеристики и механизмы протекания тока в интервале температур
80Ц300аK с учетом рекомбинации в модели СааЦНойсаЦШокли [6]. Обнаружены 2 разных механизма прохождения тока в области низких и высоких температур, соответствующих рекомбинационному и диффузионному току [A6, A8].

Теоретические оценки межзонной излучательной и Оже-рекомбинации с вкладом прилипания и рекомбинации на глубоких центрах дают удовлетворительное согласие
с данными эксперимента во всем исследуемом температурном интервале. При комнатной температуре для всех образцов, как слабоЦ, так и сильнолегированных преобладающими являются процессы межзонной генерацииЦрекомбинации. При этом Оже-рекомбинация преобладает в образцах с p3x1017асм-3, а излучательная в образцах p 1016асм-3. Показано, что при низких температурах в механизм переноса носителей тока как при прямом,
так и при обратном смещении существенный вклад вносят туннельные процессы (Рис.3). Исследование спектральных характеристик фоточувствительности при различных температурах позволило определить ширину запрещенной зоны твердых растворов
InAs1-x-ySbxPy и ее температурную зависимость.

В за2.4 описано определение диффузионных длин неосновных носителей
в p-InAsSbP. Для этого использовался метод расчета спектров фоточувствительности
согласно [7]. Диффузионные длины лежали в интервале Ln=1.6Ц2.8амкм, что соответствует времени жизни электронов в p-слое =10-9-10-10 при 87аK.

Третья глава диссертации посвящена исследованиям электрических и фотоэлектрических характеристик диодов Шоттки на основе Au-p-InAs и AuЦp(n)InP. В начале главы кратко рассмотрены параметры диодов Шоттки на основе полупроводников A3B5 по данным литературы [9, 10] (рис.3). Описана технология создания диодов Шоттки Au-p-InAs с использованием двух методов Ч электрохимического осаждения и напыления Au в вакууме. Изучены вольтамперные и вольемкостные характеристики таких структур
и спектральные характеристики фотоответа. Из этих данных определена высота барьера для диодов на основе слабо- и сильнолегированного p-InAs. Значение высоты барьера
изменялось от B=0,44 эВ (T=77аK) до 0,25-0,27аэВ (T=230аK). Температурный коэффициент изменения высоты барьера B/T=1,2x10-3аэВ/K оказался значительно больше,
чем коэффициент изменения ширины запрещенной зоны InAs (EG/T=2,8x10-4аэВ/K)., что связано, вероятно, с наличием инверсионного слоя на поверхности InAs [11]
и необходимостью туннелирования электронов через этот слой. В за3.3 этой главы описано создание и исследование диодов Шоттки на основе InP n- и p-типа и изучены их
вольтамперные и вольтемкостные характеристики, а также спектральное распределение фотоэдс. Прямые ветви ВАХ показали высокое значение коэффициента неидеальности
n в соотношении I=IS(exp(q/nkT)-1), где ток насыщения IS=A**T2exp(-qB/kT), A** -  эффективная постоянная Ричардсона. Значение n менялось от n=2,0-2,2 до 2,7-2,8 для двух групп диодов без окисного слоя (A) и с промежуточным окисным слоем (B). Плотность поверхностных состояний для диодов групп A и B составляла 1x1012Ц7x1012асм2В-1, значения
высоты барьера для диодов на основе Au-n-InP по данным литературы лежат в интервале B=0,40-0,53аэВ. Из данных, полученных по экстраполяции длинноволнового края
спектральной чувствительности по методу Фаулера [12] (рис.а4), высота барьера
для диодов групп A и B составила B=0,65аэВ и 0,75аэВ, соответственно.

Расхождение с литературными данными обусловлено наличием промежуточных окисных слоев. Отметим,
что в диодах Шоттки Au-p-InP
с промежуточным слоем удалось снизить токи насыщения более чем на три порядка и увеличить высоту барьера, что представляет интерес для практического использования. В за3.4 описаны также результаты исследования продольного фотоэффекта в таких структурах.

В четвертой главе основное внимание уделено электрическим и фотоэлектрическим свойствам диодных структур на основе InP, InGaAs и GaP с палладиевыми контактами. Использование Pd контактов оказалось важным, как показали наши дальнейшие исследования, для изучения влияния водорода на свойства изучаемых структур. В литературе имелись лишь отдельные ссылки на такие исследования [13]. В за4.1 детально описана технология нанесения палладия на кристаллы n- и p-InP методом электрохимического осаждения и напыления
в вакууме. Особое внимание уделено наличию промежуточных окисных слоев In2O3
и P2O5 на границе раздела полупроводник - Pd, образующихся при электрохимическом способе создания диодных структур. Установлено, что в таких структурах ток определяется туннелированием электронов через промежуточный слой. Теоретически и экспериментально показано, что механизм переноса тока в структурах PdЦpЦInP с напыленнным палладием может быть объяснен с привлечением модели двойной инжекции в диффузионном приближении [14], c учетом наличия глубоких уровней захвата дырок в запрещенной зоне [A11]. Об этом свидетельствовало наличие долговременных релаксаций
на вольтамперных характеристиках. Это приводит к изменению вида вольтемкостных
характеристик и объясняет неадекватную оценку высоты барьера Шоттки.

Значение высоты барьеров в структурах Pd-n-InP и Pd-p-InP, определенные
из измерений вольтамперных характеристик составили B=0,540,74аэВ при T=300аK.
Из длинноволнового участка спектральной кривой фотоэдс по зависимости V1/2=f(h)
получено значение B=0,79аэВ, что находится в хорошем согласии с данными [11].
Расхождение в значениях высоты барьера, определенной из ВФХ и фотоэлектрических характеристик может быть связано с наличием в слое объемного заряда большой плотности центров захвата для дырок, либо влиянием промежуточного слоя с высокой плотностью поверхностных состояний. Проведена оценка вклада обоих эффектов в определение B из измерений зависимости емкости от напряжения, которая показала, что основной вклад в емкость того или другого эффекта зависит от величины обратного смещения.
Исследована зависимость фототока от обратного смещения в структурах Pd-p-p+-InP.
Проведен анализ и оценка времен жизни основных носителей p и длин диффузионного смещения Lp. Получены значения p=(2-7)10-10ас  и Lp=0,3-0,5амкм.

В за4.5 этой главы обсуждаются результаты исследования электрических свойств диодных структур на основе n-GaP с напыленным палладием. Показано, что токоперенос в таких структурах обусловлен двойной инжекцией носителей в компенсированную
область, созданную дефектными состояниями акцепторного типа, образующих глубокие центры захвата для дырок. Характерными для исследованных структур явилась слабая фоточувствительность.

Пятая глава диссертации посвящена изучению влияния газообразного водорода на электрические и фотоэлектрические свойства диодных структур палладий-полупроводник на примере систем на основе InP. В начале главы приведен краткий обзор работ по созданию сенсоров для детектирования водорода. Такие сенсоры нужны
для регистрации утечек водорода при его хранении, транспортировке, использовании
в топливных элементах, химических и других индустриальных объектах.

Как следует из данных литературы, приведенных в обзоре [2], предлагаемые опытные образцы детекторов H2 основаны главным образом на использовании структур
с диодами Шоттки, транзисторов, МДПЦструктур на основе окислов TiO2, ZnO, WO3, SnO2, CdO. Важнейшим элементом таких детекторов является палладиевый или платиновый контакт. В основе описанных в литературе методов регистрации водорода и водородосодержащих газов, как правило, используется изменение электрических характеристик при приложении соответствующего напряжения (емкости, сопротивления или порогового напряжения транзистора) [2].

Большинство предлагаемых сенсоров водорода работает при высоких температурах (400аЦ800аC) и требует приложения напряжения. Проведенные исследования показали, что нет однозначной интерпретации изменения электрических свойств в атмосфере водорода и других газов, что затрудняет создание эффективного сенсора водорода. На основе проведенных нами исследований впервые был предложен новый способ детектирования
и измерения концентрации водорода и водородосодержащих соединений в газовой смеси, а именно с использованием фотоэффекта [A13].

В за5.1 описано наблюдаемое нами изменение электрических и фотоэлектрических характеристик диодных структур Pd-n(p)InP в атмосфере водорода.

                               а                                                б

Рис.5. Вольтамперные характеристики структуры Pd - p-InP (а) и Pd - n-InP (б).  1-прямая ветвь без H2, 2-прямая ветвь H2=0,03%, 3-обратная ветвь без H2, 4-обратная ветвь H2=0,03%.

На рис.5 представлены прямые и обратные ветви вольтамперных характеристик структур Pd-p-InP и Pd-n-InP при воздействии воздушной смеси с содержанием 0,03а% H2. Как видно из рис 5., наблюдается некоторое увеличение прямого и обратного токов
в атмосфере H2 при приложении смещения ~0,5аВ.

Было исследовано влияние водорода на фотоэдс диодных структур Pd-n-InP
с электрохимически осажденным металлом в воздухе
и в газовой смеси с 0,03а% H2 (рис. 6). При этом обнаружено резкое падение фотоэдс, почти на 2 порядка величины.
В структурах на основе p-InP
с напыленным Pd чувствительность по фотоэффекту на порядок превышает изменение параметра, определяемого изменением тока при воздействии водорода. Для выяснения физических причин изменения темнового тока и фотоэдс были рассмотрены особенности используемых структур, включая механизм образования
и состав промежуточного слоя на основе InP. Было отмечено влияние окисного слоя P2O5
в структурах, полученных электрохимическим способом. Фотоответ таких структур сильно зависел от влажности. В то же время в образцах диодных структур, полученных напылением Pd, фотоэдс от влажности не зависела.

Рассмотрен процесс протекания тока и генерации фотоэдс в структурах с промежуточным (диэлектрическим) слоем. Анализ показывает, что общий ток является суммой электронного, дырочного тока и тока из поверхностных состояний на интерфейсе. Была оценена плотность поверхностных состояний на границе раздела. Показано, что изменение фотоэдс в атмосфере водорода определяется совокупностью следующих факторов:
a) высотой барьера Шоттки B и его изменением; б) высотой туннельного барьера полупроводник-диэлектрик или коэффициентом прозрачности, в) величиной фототока,
г) коэффициентом неидеальности n, и, наконец, плотностью поверхностных состояний
на интерфейсе. Главным фактором, влияющим на величину фототока в присутствии водорода, является изменение высоты барьера Шоттки. Падает фототок Isc, определяемый неосновными носителями (дырками в p-InP).

В за5.4 рассмотрено влияние водорода на электрические характеристики и фотоэдс гибридных структур на основе Pd-InP-InGaAs.

Спектр фотоэдс такой структуры приведен на рис.а7. Наличие двух максимумов =0,9амкм и 1,55амкм связано с межзонными переходами
в InGaAs и переходами на гетерогранице p-InP-p-InGaAs. Основное изменение фотоэдс приходится на область фотоответа диода Шоттки Pd-InP.
В газовой смеси с водородом (500аppm H2) фотоэдс возрастает в 2араза. Возрастание фотоэдс практически безынерционно, спад достигает ~3 мин. Процесс релаксации связан
с выделением H2. В исследуемой изотипной гибридной структуре наблюдался также эффект усиления фототока при обратном смещении и его температурная зависимость.
Коэффициенты усиления достигали при низких температурах (77аK) M~4x103,
a при близких к комнатным - M~200 (рис.а8).

Этот эффект связан с влиянием модуляции высоты барьера
гетерограницы в области объемного заряда в InGaAs на величину проводимости и температурным изменениям фототока без смещения.

Отмечено, что гибридная структура Pd-p-InP-InGaAs
перспективна для создания детектора двойного назначения: ближнего ИКЦизлучения (0,7Ч1,7амкм) и водорода.

Изучен механизм протекания тока в диодных структурах с окисными слоями
p-InP-n-In2O3-P2O5-Pd. Обнаружено влияние водорода на фотоэдс, обусловленное
поглощением молекул H2O в окисле P2O5. В исследуемых структурах наблюдалась сильная зависимость фотоэдс от влажности. Можно предположить, что фосфорный окисел P2O5 в промежуточном слое, поглощая пары влаги, создает дополнительные центры перезарядки. Это может увеличивать высоту барьера и уменьшать плотность поверхностных состояний.

Такая структура может быть использована как детектор тройного назначения - ближнего ИК-излучения (до 1,55амкм), водорода и влажности.

Шестая глава диссертации посвящена исследованию электрических и фотоэлектрических свойств диодных и МДП-структур на основе Si-SiO2 с палладиевыми контактами и влиянию на них водорода. В ряде работ, посвященных туннельным МДПЦструктурам на основе Si, теоретически и экспериментально были исследованы механизмы протекания тока, фототока и физические процессы, происходящие на границе раздела
металЦSiO2-Si. [16а, б, 17, 18]. Однако до начала настоящей работы фактически
не проводились исследования электрических и фотоэлектрических явлений в таких структурах с палладиевыми контактами.

В рамках данной работы были изучены токоперенос, фотовольтаическая и фотодиодная чувствительность туннельных структур Pd-SiO2-n(p)Si, а также электрические
и фотоэлектрические характеристики диодных структур на основе пористого кремния
и влияние на них водорода.

МДП-структуры создавались на кристаллах n-Si с ориентацией (111) и p-Si (100). Палладий наносился напылением в вакууме, и толщина слоев составляла 400Ц500а.

В структурах
Pd-SiO2-n(p)Si с тонким
слоем диэлектрика обнаружено усиление фототока при обратном смещении.
На рис.а9 представлены зависимости фототока от обратного смещения для МДП-диодов на основе n и p-Si. Кривые сняты при освещении монохромати-ческим светом с =0,9амкм. Величина умножения фототока в структурах на основе Pd-SiO2-n-Si составляла почти 2 порядка,
а в структурах на основе p-Si на порядок меньше. Согласно [18] механизм умножения тока или фототока определяется сильной инверсией у границы с окислом, управляемой неосновными носителями и приводящей к созданию сильного электрического поля (E=9x106аВ/см) в области пространственного заряда, что усиливает туннельный ток между металлом и полупроводником. В структурах Pd-SiO2-p-Si с толстым слоем диэлектрика наблюдалось заметное усиление фототока, достигающее M=102-103, который мог быть описан известным для фотосопротивления соотношением для коэффициента усиления фототока G=(nMn+pMp)V/L2, когда времена жизни электронов и дырок n и p превышают времена пролета между инжектирующими контактами [19].

Было изучено влияние водорода на фотоответ в фотовольтаическом и фотодиодном режимах для МДП-структур на основе n- и p-Si. Влияние газовой среды с водородом
на фототок и темновой ток в структурах Pd-SiO2-n(p)Si с толстым слоем диэлектрика
оказалось слабым, что свидетельствует о том, что в этом случае действие водорода связано не с изменением параметров границы раздела Pd-SiO2, а с процессами в объеме слоев структуры.

В за6.3 подробно исследовано влияние водорода
на фотоэлектрические свойства туннельных структур
Pd-SiO2-n(p)Si без приложенного напряжения (в режиме фотоэдс) и со смещением. На рис. 10 показана зависимость фототока от обратного смещения для двух образцов туннельных структур без воздействия водорода (1,2) и при импульсном воздействии H2 (3,4). В фотовольтаическом режиме чувствительность структур на основе n-Si выше, чем на основе
p-Si. В фотодиодном режиме чувствительность также возрастает за счет вклада умножения носителей. Однако недостатком этого метода детектирования водорода в практическом отношении является необходимость приложения обратного смещения.

В за6.4 и 6.5 обсуждаются результаты экспериментов по исследованию влияния
водорода на электрические и фотоэлектрические характеристики структур на основе
пористого кремния, в том числе содержащих разупорядоченные слои p0-Si. При воздействии водорода на такие структуры фотосигнал возрастал в 20 раз. Однако в отличие
от структур Pd-SiO2-p-Si наблюдаются долговременные релаксации, достигающие
180-600ас. Наличие разупорядоченного пористого слоя Si вносит дополнительные
глубокие центры захвата, что увеличивает время релаксации фототока после воздействия газообразного водорода.

В структурах на основе пористого кремния p-porSi были изучены вольтамперные характеристики и механизмы токопереноса, обусловленного токами, ограниченными обычным зарядом. Важная роль глубоких ловушек выявлена при исследовании процессов релаксации темнового тока и фототока при обратном смещении. Слои пористого p-Si толщиной 50амкм были получены при изменении режима электрохимического травления. Палладий осаждался на пористый слой в виде круглых контактов, и его толщина
была ~400а. Технология создания структур описана, например, в [20] и в [A38].

На рис.а11 приведена температурная зависимость фототока короткого замыкания изученных диодных структур в интервале 110-300аK. Фототок определяется разделением неосновных носителей на барьере
Шоттки pd-p-porSi. Изменение фототока
отражает изменение времени жизни неосновных носителей с температурой.
Из наклона кривой температурной зависимости фототока был определен рекомбинационный уровень Er=0,12аэВ. Слои n-porSi
изготавливались путем анодирования поверхности. Показано, что механизм
токопереноса определяется двойной инжекцией носителей в пористый слой; инжекцией электронов из подложки n-Si через гетерограницу Si/porSi и дырок через барьер Шоттки Pd-porSi. Спектральные характеристики, как фотоэдс, так и фототока, не обнаруживают
в коротковолновой части спектра особенностей, соответствующих широкозонному porSi, как это наблюдалось в [20]. Полученные данные по влиянию газообразного водорода
на фотоэдс и вольтамперные характеристики показывают, что изменение этих характеристик сопоставимо по величине с соответствующими изменениями в описанных ранее структурах на основе кристаллического Si. Однако времена релаксации, как фотоэдс,
так и темновых токов велики и составляют порядка 15амин, что связано с большой
концентрацией центров захвата в porSi. Это снижает перспективность использования
изученных структур в качестве сенсоров газообразного водорода, однако, они могут быть
использованы в микротопливных элементах на основе пористого кремния для накопления водорода или устройствах памяти.

В конце главы 6 в за6.7 обсуждаются особенности механизма протекания тока
и фотоэлектрические свойства диодных структур n+ЦSiЦnЦSiЦAl2O3ЦPd с промежуточным окисным слоем. Установлено,
что перенос носителей обусловлен также двойной инжекцией носителей в слой n-Si: инжекцией электронов со стороны n-n+ контакта и дырок со стороны Pd, при этом
основную роль играет диффузия. Фотоэдс исследуемых структур с промежуточным слоем Al2O3 была выше на порядок в максимуме спектра, чем в структурах без этого слоя (рис.а12). Фотоэдс уменьшалась под действием H2 ва2-10араз, а время релаксации достигало 5-10амин, что связано с наличием глубоких ловушек в слое Al2O3 и на гетерогранице Al2O3-n-Si. Отметим, что на основе этой структуры нами был создан сенсор сероводорода, описанный в главе 7.

Седьмая глава диссертации посвящена практическому применению результатов проведенных исследований для создания нового типа сенсоров водорода и водородосодержащих газов, а также оптоэлектронных сенсоров для задач экологии на основе гетероструктур и диодов Шоттки в полупроводниках A3B5 и кремния [A49, A52].

В начале главы дан краткий обзор существующих сенсоров водорода. Такие исследования ведутся в США, Германии, Англии, Японии, Китае, Испании, России, Армении, Турции и др. Основным способом детектирования в таких сенсорах является регистрация изменения электрических параметров [2] в присутствии водорода (изменение проводимости, или емкости чувствительного элемента). Как уже отмечалось, основными недостатками таких приборов являются необходимость нагрева (рабочие температуры 200-800аC), приложение электрического смещения, высокая стоимость и низкая чувствительность.
В настоящее время ряд фирм выпускает сенсоры на основе полевых транзисторов
и диодов Шоттки с палладиевым слоем [см., например, 21]. Такие приборы могут работать при комнатной температуре с достаточно хорошим быстродействием, но чувствительность увеличивается при нагревании.

В главах 5 и 6 нами было детально рассмотрено влияние водорода на электрические и фотоэлектрические характеристики целого ряда гетеро - и гибридных структур
на основе InP, InGaAs и Si-SiO2 с палладиевыми контактами: Pd-n(p)InP, Pd-p-InP-InGaAs, Pd-P2O5-n-In2O3-p-InP, Pd-SiO2-n-Si,  Pd-SiO2-p-Si,  Pd-p0-Si,  Pd-porSi, Pd-n-GaP,
Pd-Al2O3-n-Si [A13, A14, A17, A19-A27, A33, A35-37]. Оказалось, что для всех этих структур наблюдается общая закономерность: изменение фотоэдс в газовой смеси с водородом на порядок больше, чем изменение вольтамперных характеристик. Было показано,
что эти структуры могут быть использованы в качестве фотовольтаических детекторов водорода и водородосодержащих газов, а, ряде случаев, как детекторы двойного и тройного назначения (ближнего ИКЦизлучения и водорода, а также влажности).

Обсуждены требования к структурам Pd-полупроводник для достижения максимальной чувствительности к водороду. Проведены предварительные исследования влияния водорода на гетероструктуры I и II типа на основе узкозонных полупроводников
InGaAsSb/InP, GaInAsSb/GaSb и InAsSbP/InAs. Представлялось интересным использование разъединенных гетеропереходов II типа [A49, A50] на основе InAs-GaSb(GaInAsSb), которые являются аналогами диодов Шоттки [20]. В за7.3 рассмотрены экспериментальные результаты по детектированию водорода с использованием структуры Pd-SiO2-n(p)Si с туннельноЦтонким слоем SiO2.

На рис.а13 представлены спектральные зависимости фотоэдс для
Pd-SiO2-n(p)Si структур без водорода и при воздействии импульса H2. Для Si МДП фотодетекторов наблюдались резкое (на 2-3 порядка)
падение фотоэдс, а для
p-Si структур увеличение
на 2 порядка. Показано,
что определяющий вклад
в изменение фотоэдс вносит изменение высоты барьера, B. Высота барьера в структурах на основе n-Si падает на 0,45аэВ, а на основе p-Si увеличивается на 0,35аэВ.
Эти изменения связываются с наличием заряженных диполей на интерфейсе Si-МДП структур. С помощью этой структуры нами были измерены малые концентрации водорода (менее 0,01аppm H2).

В за7.4 описана созданная нами оригинальная структура Al-n-Si-SnO2 [A48], которая показала свою перспективность для регистрации сероводорода H2S (Рис.а14).

В за7.5 описан предложенный
и реализованный экспериментальный
образец миниатюрного сенсорного модуля для измерения концентрации водорода
и водородосодержащих газов на основе
оптопары: светодиод - фотоэлектрический сенсорный элемент (Рис.15). Такие сенсоры, благодаря использованию импульсного режима в сочетании с синхронным усилением сигнала позволяют существенно улучшить отношение сигнал/шум и снизить энергопотребление. В этой главе описаны также портативные оптоэлектронные сенсоры светодиодЦфотодиод, используемые в газоанализаторах метана, разработанные нами совместно
с сотрудниками лаборатории ИКоптоэлектроники ФТИ им.аА.Ф.аИоффе [A51].

В за7.8 представлен также предложенный и созданный нами оригинальный
оптоэлектронный сенсор для определения содержания воды в сырой нефти [A52].
Был создан набор светодиодов на основе гетероструктур в системе GaSb-InAs и исследовано влияние поглощения воды (рис.16) и углеводородов на излучение светодиодов.
В окончательном варианте сенсора содержания воды в сырой нефти были использованы три светодиода с максимумами излучения на 1,65амкм, 1,92амкм и 2,7амкм. Такой сенсор может измерять содержание влаги в нефти в диапазоне концентраций от 0 до 100%
с учетом негомогенности среды. Экспериментальный сенсор был разработан совместно
с ООО АИБИ при Физико-Техническом институте им.аА.Ф.аИоффе, и прошел успешное тестирование в ОАО ТАТНЕФТЬ на участках первичной переработки нефти.

Основные результаты и выводы работы

В представленной работе были проведены комплексные экспериментальные
и теоретические исследования электрических, фотоэлектрических свойств и рекомбинационных процессов в гетероструктурах диодах Шоттки на основе полупроводников A3B5 и кремния, в том числе, с палладиевыми контактами и рассмотрены перспективы
их практического применения. Получены следующие основные результаты:

1. При теоретическом расчете температурной (77 - 500аK) и концентрационной
   (n0, p0 = 10 14-1017 см-3) зависимостей времен жизни носителей заряда в InAs
   показано, что при высоких температурах T >300аK и больших концентрациях (n0, p0>1016 см-3) время жизни неравновесных носителей лимитировано
   Оже-рекомбинацией, причем CHSH - процесс преобладает над СНСС - процессом; при n0, p0 ≤ 1015 см-3 доминирует излучательная рекомбинация.
   При промежуточных концентрациях время жизни определяется совместным вкладом излучательного и Оже-процессов. В собственном полупроводнике при T = 300аK, а также в примесном при концентрации ~1016 см-3 для Т < 300 К
   времена жизни излучательной и ударной рекомбинации уравниваются. Экспериментально определенные значения времен жизни согласуются с расчетными.
2. Анализ произведения R0A в InAs p-n переходах позволил рассчитать оптимальные условия повышения интегральной чувствительности и обнаружительной способности фотодетектора. Показано, что при Т = 200-300аK:

а) в градиентном симметричном p-n переходе для повышения R0A необходимо использование слаболегированных кристаллов InAs (n0, p0≈1016см-3) с малым градиентом (a<1021 см-4);

б) в резком p-n переходе достигается максимальная величина R0A, причем
необходимо использовать p+- n структуры с n0 ≤ 1017асм-3.

3. В результате теоретического и экспериментального исследования температурного хода времен жизни в кристаллах p-InAs1-X-YSbXPY установлено, что необходимо учитывать совместный вклад межзонной излучательной и Оже-рекомбинации с учетом вклада времени захвата и рекомбинации на глубоких центрах Ef = 0,13эВ. Время жизни в nInAs1-X-YSbXPY в температурном интервале 80 - 300аK при концентрациях равновесных носителей n0 >(3 ÷5)1015 см-3
   определяется межзонными рекомбинационными процессами; вклад глубоких центров может быть существенен при низких концентрациях n0≤1014асм-3.
4. Показано, что в эпитаксиальных структурах с p-n переходом на основе твердых растворов InAs1-X-YSbXPY прямой ток в основном состоит из двух составляющих: при низких температурах(T<200аK) и смещении V<80аmV преобладает
   рекомбинационная составляющая, а при T>200аK более существенен вклад
   диффузионного тока. Избыточные токи в области малых смещений и низких температур определяются туннельным механизмом переноса носителей через дефектные уровни в запрещенной зоне.
5. Разработана технология создания и исследованы электрические и фотоэлектрические характеристики диодов Шоттки на основе Au-p-InAs. Установлены механизмы прохождения тока в диодных структурах и определена высота барьера
   в зависимости от температуры и концентрации носителей.
6. Созданы и исследованы диоды Шоттки на основе n-InP с промежуточным
   окисным слоем. В структурах достигнуты токи насыщения более,
   чем на три порядка величины ниже, чем у ранее известных.
7. Результаты исследования продольного фотоэффекта на основе диода Шоттки Au-p-InP показали потенциальную возможность создания продольного фотоэлемента с оптимизированными характеристиками.
8. Впервые разработаны основные технологические элементы создания диодных
   и гибридных структур на основе n-(p)-InP(InGaAs) с палладиевыми контактами.
9. Установлено, что в диодных структурах на основе Pd-n-InP с напыленным
   Pd механизм прохождения может быть описан двойной инжекцией носителей
   в диффузионном приближении, а в аналогичных структурах с электрохимически осажденным Pd ток обусловлен туннелированием электронов через промежуточный слой.
10. Исследован перенос тока в диодных структурах на основе n-GaP и показано,
    что он обусловлен двойной инжекцией.
11. Показано, что в диодных структурах p -InP - n- In2O3 - P2O5н - Pd механизм
    токопереноса в температурном интервале 110 - 300 К может быть объяснен
    тремя каналами туннелирования Ч через барьер Шоттки, через глубокие центры захвата и межзонным. Установлено, что рост фотоэдс в атмосфере водяных
    паров в этих структурах определяется изменением кинетики рекомбинации
    на связанных состояниях на гетерогранице - n- In2O3 - P2O5н вследствие поглощения молекул Н2О в окисле Р2О5. Фотоэдс растет линейно с концентрацией водяных паров и релаксация импульса фотоэдс составляет ~12ас. Экспериментально показано, что такая диодная структура может служить основой для создания
    детектора тройного назначения: ближнего и инфракрасного излучения (0,70,9амкм), влажности и водорода.
12. Изучено изменение электрических характеристик (прямого и обратного тока)
    и фотоэлектрических (фотоэдс) в диодных структурах Pd - n - InP. Показано,
    что они качественно и количественно различаются в газовой смеси с водородом. При этом изменение фотоэдс существенно больше, чем изменение темновых
    токов и определяется снижением высоты барьера Шоттки и коэффициента
    прозрачности. Такие структуры могут быть использованы для создания
    детекторов водорода.
13. Установлено, что в гибридной изотипной гетероструктуре p - InP - p - InGaAs
    с барьером Шоттки Pd - p - InP увеличение фотоэдс и падение обратного тока
    в газовой смеси с водородом определяется ростом высоты барьера Шоттки,
    при этом главный вклад вносится основными носителями в области объемного заряда.
14. Показано, что гибридная структура Pd-p-InP-p-InGaAs обладает эффектом
    усиления фототока в зависимости от обратного смещения. Этот эффект связан
    в основном с модуляцией барьера на гетерогранице с InGaAs. Предложено
    использование гибридной структуры для создания детектора двойного назначения - ближнего ИК-излучения (0,7-1,7амкм) и водорода.
15. Исследованы механизм прохождения тока и фототок в диодных структурах
    Pd-SiO2-n(p)-Si с туннельно тонким слоем SiO2(100а). Показано, что усиление фототока при обратном смещении (M~10100) обусловлено наличием высокого поля в области пространственного заряда. Усиление фототока в структурах
    с толстым слоем SiO2 (~ 1000а) связано с экспоненциальным ростом времени жизни одного типа носителей вследствие захвата экспоненциально распределенными ловушками другого типа носителей. Токоперенос в этих структурах
    при высоких уровнях инжекции определяется током, ограниченным объемным зарядом.
16. Изучен механизм протекания тока и фототока в диодных структурах на основе n+-Si-n-Si-Al2O3-Pd с промежуточным окисным слоем. Обнаружено возрастание фотоэдс более, чем на порядок величины по сравнению с аналогичной структурой без окисного слоя.
17. Установлено, что в диодных структурах на основе пористого кремния Pd-n-porSi в температурном интервале77-300аK темновой ток определяется двойной
    инжекцией в диффузионном приближении. Влияние водорода на фотоэдс
    и темновые токи количественно соответствует данным для структур на основе монокристаллического кремния, отличаясь бльшими временами релаксации
    (до 10-20амин). Этот эффект может быть использован для накопления водорода
    в топливных микроэлементах на основе пористого Si, а также в электронных устройствах памяти.
18. Проведенные в диссертации исследования впервые выявили общую закономерность, состоящую в том, что для всех изученных структур на основе диодных полупроводников A3B5 и Si с палладиевыми контактами изменение фотоэдс
    в газовой смеси с водородом на порядок больше, чем изменение электрических характеристик (прямого и обратного токов). Это позволило предложить новый чувствительный фотоэлектрический метод детектирования водорода
    и водородосодержащих газов.
19. Предложена и разработана конструкция низкоэнергетичного малогабаритного сенсорного модуля для регистрации водорода, включающего оптопару светодиодный элемент - фоточувствительный элемент с палладиевым контактом,
    холодильник и термосенсор.
20. Исследованы спектры оптического поглощения чистой нефти разных пород
    и нефти с содержанием различных концентраций воды. Совместно
    с ООО АИБИ при ФТИ им.аА.Ф.аИоффе впервые предложен и создан экспериментальный образец оптического анализатора содержания воды в нейти
    на основе матрицы трехцветных ИК-светодиодов, излучающих на трех длинах волн 1,65амкм (поглощение нефти), 1,94амкм (поглощение воды) и 2,2амкм
    (опорная длина волны). Экспериментальный образец прошел предварительные испытания в ОАО Татнефть.

Список публикаций по теме диссертации:

1. Андрушко А.И.а, Исхаков Р.А., Салихов Х.М., Слободчиков С.В.. Рекомбинационные процессы в кристаллах арсенида индия: Сборник научно-технических статей Казанского Высшего артиллерийского командно-инженерного училища им. маршала артиллерии М.Н. Чистякова/ (КВВКИУ), г. Казань, стр. 97 - 102, 1984.
2. Андрушко А.И.,  Мередов М.М., Салихов Х.М., Слободчиков С.В. Фотоэлектрические и фотомагнитные свойства арсенида индия//Изв. АН Туркменской ССР,
   сер. физ-техн., хим. и геолог. Наук.-1985.- вып. 4.- С. 80 - 82.
3. Андрушко А.И.,  Салихов Х.М., Слободчиков С.В. О механизмах рекомбинации
   в кристаллах арсенида // Физика и техника полупроводников - 1986. -т. 20.- в. 3.-
   С. 402 - 406.
4. Андрушко А.И., Салихов Х.М., Слободчиков С.В., Стусь Н.М., Талалакин Г.Н.
   Об электрофизических и фотоэлектрических свойствах эпитаксиальных диодных структур на основе InAs1-X-YSbXPY // Физика и техника полупроводников.-1986.-
   т. 20, в. 12.- С. 2195 - 2198.
5. Андрушко А.И., Салихов Х.М., Слободчиков С.В., Талалакин Г.Н., Филаретова Г.М.  О  временах  жизни  носителей  тока в твердых растворах In1-xGaxAs, легированных Zn и Mn // Физика и техника полупроводников. 1986.- № 3. т.20.- С. 537.
6. Андрушко А.И., Пенцов А.В., Салихов Х.М., Слободчиков С.В., Стусь Н.М.,
   Талалакин Г.Н., Филаретова Г.М.. Электрофизические и фотоэлектрические свойства диодных структур на основе InAs1-X-YSbXPY и их возможные практические применения//Тройные полупроводниковые соединения и их применение:
   Тезисы докл. на V Всесоюзной конференции Кишинев, т. 2.- C. 171.
7. Андрушко А.И., Салихов Х.М. Поверхностно-барьерные структуры
   Au-p-InAs1-X-YSbXPY: Тезисы докладов научно-технической конференции КВВКИУ 1987 г.-. Казань.- С. 110 - 11.
8. Андрушко А.И., Салихов Х.М., Слободчиков С.В., Стусь Н.М., Талалакин Г.Н.
   О механизмах рекомбинации носителей тока в p- InAs1-X-YSbXPY // Физика и техника полупроводников. 1988.- т. 22, в. 5.- С. 789 - 792.
9. Андрушко А.И., Салихов Х.М., Слободчиков С.В.. Поверхностно-барьерные
   структуры Au - p - InAs1-X-YSbXPY // Физика и техника полупроводников.1988.- № 8. т. 22.- С. 1258 - 1259.
10. Андрушко А.И., Салихов Х.М., Слободчиков С.В.. Рекомбинация неравновесных носителей тока в n- InAs1-X-YSbXPY // Изв. вузов, Физика.-1991.- № 4. т.34.- С. 52 - 54.
11. Ковалевская Г.Г., Мередов М.М., Пенцов А.В., Руссу Е.В.,  Салихов Х.М., Слободчиков С.В.. Токи двойной инжекции и фототок в диодных структурах Pd - p - p+ - InP // Физика и техника полупроводников .1991.- № 8. т. 25.- С. 1466 - 1468.
12. Андрушко А.И., Пенцов А.В., Салихов Х.М., Слободчиков С.В.. Произведение R0A
    в InAs p-n переходах // Физика и техника полупроводников.1991.- № 10. т. 25.- С.1686 - 1690.
13. Слободчиков С.В., Ковалевская Г.Г., Мередов М.М., Пенцов А.В., Руссу Е.В.,
    Салихов Х.М.. Фотодетектор на основе InGaAs как детектор водорода // Письма
    в ЖТФ.-1991.- № 15. т. 17.- С. 1 - 4.
14. Слободчиков С.В., Мередов М.М., Ковалевская Г.Г., Пенцов А.В., Руссу Е.В.,
    Салихов Х.М., Маринова А.М.. Фотоэлемент - детектор водорода, водородосодержащих газов и влажности//Фотоэлектрические явления в полупроводниках: Тезисы докладов II научн. конф. 1991г.-Ашхабад.-С.350.
15. Ковалевская Г.Г., Мередов М.М., Руссу Е.В., Салихов Х.М., Слободчиков С.В.,
    Фетисова В.М. Электрические и фотоэлектрические свойства диодных структур
    Pd - p - p+- InP и изменение их в атмосфере водорода // Физика и техника полупроводников.1992.- № 10. т. 26.- С. 1750 - 1754.
16. Слободчиков С.В., Ковалевская Г.Г., Пенцов А.В., Салихов Х.М. Умножение
    фототока в диодных структурах Pd - SiO2 - n (p) - Si // Физика и техника полупроводников.1993.- № 7. т. 27.- С.1213Ц1216.
17. Ковалевская Г.Г., Мередов М.М., Руссу Е.В., Салихов Х.М., Слободчиков С.В.
    Si-МДП фотодетектор как детектор водорода // Журнал технической физики.1993.- № 2.т. 63.- С. 185 - 190.
18. Слободчиков С.В.,  Ковалевская Г.Г., Салихов Х.М. Влияние водорода на фотовольтаическую и фотодиодную чувствительность структур  Pd - SiO2 - p(n) - Si // Письма в ЖТФ.-1994.- № 10. т. 20.- С. 66 - 70.
19. Слободчиков С.В., Ковалевская Г.Г., Мередов М.М., Руссу Е.В., Салихов Х.М.
    Диодные  структуры Pd - p- GaP<Mn>: Электрические и фотоэлектрические характеристики и влияние на них водорода // ФТП.-1994.- № 7. т. 28.- С. 1155 - 1160.
20. Слободчиков С.В.,  Салихов Х.М., Саморуков Б.Е., Руссу Е.В.,  Ковалевская Г.Г. Механизм токопереноса в диодных структурах на основе n-GaP с напыленным
    палладием // Физика и техника полупроводников.-1994.-№ 2. т. 28.- С. 237 - 241.
21. Слободчиков С.В., Руссу Е.В., Салихов Х.М., Мередов М.М., Язлыева А.И.
    Токоперенос в МДП - структурах Pd - SiO2-n(p)- Si и второй механизм усиления
    фототока // Физика и техника полупроводников.-1995.- № 8. т. 29.- С. 1517.
22. Слободчиков С.В., Руссу Е.В., Салихов Х.М., Мередов М.М., Язлыева А.И.
    Гибридная изотипная гетероструктура p- InP - p - InGaAs  с диодом Шоттки
    как детектор ближнего ИК - излучения и водорода // Письма в ЖТФ.- 1995.- № 19. т. 21.- С. 50 - 54.
23. Малинин Ю.Г., Салихов Х.М., Слободчиков С.В. Влияние водорода и водяных паров на фотоответ структуры Pd - n - InP: Тезисы докладов XIV научно-технической конф. ВАКИУ 1995 г.- Казань.- стр. 83 - 85.
24. Слободчиков С.В., Руссу Е.В., Салихов Х.М., Мередов М.М., Язлыева А.И.
    Электрические свойства диодных структур металл - полупроводник на основе
    разупорядоченных слоев GaP // Физика и техника полупроводников.-1996.- № 2.
    т. 30.- С. 220 - 226.
25. Слободчиков С.В., Руссу Е.В., Салихов Х.М., Мередов М.М., Язлыева А.И.
    О механизме токопереноса и фотоэлектрических характеристиках Pd - SiN - p- Si // Физика и техника полупроводников.-1996.- № 4. т. 30.- С. 686 - 691.
26. Слободчиков С.В., Руссу Е.В., Салихов Х.М., Мередов М.М., Язлыева А.И.
    Электрические и фотоэлектрические характеристики гибридной изотипной
    p-InP-p-InGaAs гетероструктуры с барьером Шоттки Pd - p - InP // Физика и техника полупроводников.- 1996.- № 8. т. 30.- С. 1378 - 1386.
27. Слободчиков С.В., Руссу Е.В., Салихов Х.М. Температурная зависимость фотоответа и усиления фототока гибридной изотипной гетероструктуры p - InP - p - InGaAs
    с барьером Шоттки Pd - p - InP // Письма в ЖТФ.-1996.- т. 22.- С. 41 - 44.
28. Малинин Ю.Г., Салихов Х.М., Слободчиков С.В.  Явление усиления фототока
    в структурах Au - n - InP<Fe>: Сб. научн.-техн. статей ВАКИУ, г. Казань, стр. 47 - 49, 1996.
29. Слободчиков С.В., Салихов Х.М., Руссу Е.В. Продольный фотоэффект
    в p-n переходах на основе In0.53Ga0.47As // Физика и техника полупроводников.-1997.- № 7. т. 31.- С. 864.
30. Слободчиков С.В., Малинин Ю.Г., Салихов Х.М. Электрические свойства гетероструктур, полученных структурным переходом Au-n(р)-InP → Au-n-In2О3-n-InP:
    Сборник тез. докл.XV научн.-техн. конф. ВАКИУ  1997 г.- Казань.- С. 97 - 99.
31. Салихов Х.М., Слободчиков С.В., Малинин Ю.Г. Фотоэлектрические свойства гетероструктур Au - n - In2О3 - n(р) - InP: Сборник научн.-техн. статей ВАКИУ,
    г. Казань, стр. 69 - 71, 1997.
32. Салихов Х.М., Руссу Е.В., Мередов М.М., Язлыева А.И.. Об электрических и фотоэлектрических свойствах структуры Pd - p0-p - Si с разупорядоченным промежуточным р0 -слоем // Физика и техника полупроводников.-1997.- № 1. т.31.- С. 15 - 18.
33. Salikhov Kh., Slobodchikov S.V., Russu E.V. The hybrid isotipic p - InP - InGaAs
    heterostructure with a Pd - InP Schottky barrier as a detector of infrared radiation
    and hydrogen.// Proc of SPIE, Infrared Spaseborne, Remote Sensing V, Boston, USA.-1997.- v. 3122.- p. 474.
34. Слободчиков С.В., Салихов Х.М., Яковлев Ю.П., Саморуков Б.Е.. О механизмах
    усиления фототока в изотипных гетероструктурах n+-GaSb-no-GaInAsSb-n+-GaAlAsSb
    // Письма в ЖТФ.1998.- № 10. т. 24.- С. 37 - 42.
35. Слободчиков С.В., Салихов Х.М., Руссу Е.В.. О токопереносе в пористом p-Si
    и структурах Pd - <пористый p - Si> // Физика и техника полупроводников.- 1998.-
    № 9. т. 32.- С. 1073 - 1075.
36. Russu E.V., Slobodchikov S.V., Salikhov H.M., Turcu M.  Photoelectrical properties
    of isotype heterostructure with Schottky barrier Pd-p  InP/ p-InGaAs/ p-InP . Proc.
    of Second International Conference on Advanced Semiconductor Devices and  Microsystems, Slovakia, 1998.- p. 75 - 78.
37. Слободчиков С.В., Салихов Х.М., Руссу Е.В. О влиянии уровня захвата
    на токоперенос в структурах  Pd-p(n)-CdTe // Физика и техника полупроводников.- 1998.- № 4. т. 33.- С. 492 - 493.
38. Слободчиков С.В., Горячев Д.Н., Салихов Х.М., Срессели О.М. Электрические
    и фотоэлектрические характеристики диодных структур n-Si <пористый кремний> Pd и влияние на них газообразного водорода // Физика и техника полупроводников.-1999.- № 3. т. 33.- С. 340 - 343.
39. Слободчиков С.В., Салихов Х.М., Руссу Е.В. Об электрических и фотоэлектрических характеристиках изотипной гетероструктуры n-ZnO-n-Si // Физика и техника
    полупроводников.1999.- № 4. т. 33.- С. 435 - 437.
40. Слободчиков С.В., Салихов Х.М. Диодные структуры n(p)-InP-In2O3-P2O5-Pd
    как потенциальные сенсоры ближнего Ик излучения, влажности и водорода //
    Письма в ЖТФ.- 1999.- № 24. т. 25.- С. 72 - 78.
41. Малинин Ю.Г., Салихов Х.М., Слободчиков С.Б. Универсальная установка
    для исследования характеристик фотоприемников. Казанский филиал ВАУ - Казань: 1999 г. - С.146.
42. Слободчиков С.В., Салихов Х.М. Влияние влажности и водорода на токоперенос
    диодных структур на основе p-InP с палладиевым контактом // Физика и техника
    полупроводников.-2000.- № 3.т.34.- С. 290 - 295.
43. Слободчиков С.В., Салихов Х.М., Руссу Е.В., Малинин Ю.Г. О механизмах
    токопереноса в гетероструктурах n+-CdS-p-InP-p+-InP // Письма в ЖТФ.-2000.- № 14. т. 26.- С. 78 - 83.
44. Слободчиков С.В., Салихов Х.М., Руссу Е.В. Полупроводниковые фотодетекторы
    с палладиевым контактом как детекторы водорода и водородосодержащих газов// Фотоэлектроника и приборы ночного видения: Тез. доклад. XVI Международной
    научно-техн. конф. 2000 г.-Москва.-С. 83.
45. Слободчиков С.В., Салихов Х.М., Руссу Е.В. Механизм токопереноса и фотоэлектрические характеристики диодных структур n+-Si-n-Si-Al2O3-Pd // Физика
    и техника полупроводников.- 2000.- № 10.т. 34.- С. 1275 - 1279.
46. Слободчиков С.В., Салихов Х.М., Руссу Е.В., Малинин Ю.Г. Гашение тока светом
    в диодных структурах p-Si-n+-ZnO-n-ZnO-Pd. //  Физика и техника полупроводников,.- 2001.-  № 4. т. 35.- С. 479 - 481.
47. Слободчиков С.В., Салихов Х.М., Руссу Е.В. Долговременные изменения электрических и фотоэлектрических характеристик диодных структур Pd-p-InP // Физика
    и техника полупроводников.-2002.- № 4. т. 36.- С. 500. 
48. Слободчиков С.В., Руссу Е.В., Иванов Э.В.а, Малинин Ю.Г., Салихов Х.М.
    Влияние сероводорода на фотоэлектрические характеристики изотипных гетероструктур Al-n-Si-SnO2:Cu-Ag// ФТП.-2004.- №38б.-С.1426-1428 .
49. Андреев И.А.а, Иванов Э.В.а, Куницына Е.В.а, Михайлова М.П.а, Руссу Е.В.,
    Салихов Х.М, Яковлев Ю.П.а Детекторы водорода на основе диодов Шоттки
    и гетероструктур полупроводников A3B5//Физические проблемы водородной энергетики: Программа и тезисы докладов Российской конференции 29-30 ноября 2004аг.-  Санкт-Петербург.- С. 14-15.
50. Андреев И.А.а, Иванов Э.В.а, Михайлова М.П.а, Салихов Х.М., Яковлев Ю.П.а
    Детекторы водорода и водородосодержащих газов на основе диодов Шоттки
    и гетероструктур полупроводников A3B5//Физические проблемы водородной энергетики: Программа и тезисы докладов 2й Российской конференции ноябрь 2005аг.- Санкт-Петербург.- С.а112-113.
51. Mikhailova M.а,аStoyanov N., Andreev I.а, Zhurtanov B.а,аKizhaev S., Kunitsyna E.а,аSalikhov Kh. andаYakovlev Yu. Optoelectronic sensors on GaSb and InAs based
    heterostructures for ecological monitoring and medical diagnostics, proc. SPIE// Optical Sensing Technology and Applications.- 2007.-vol.а6285.- p.а261 .
52. Stoyanov N.D, Mikhailova M.P.а, Molchanov S.S.а, Kizhaev S.S.а, Kalinina K.V.а,
    Astakhova A.P.а, Gurina T.I.а, Salikhov Kh.M.а and Yakovlev Yu.P.а УPortable
    mid-infrared optical sensor for measuring of water concentration in oilФ Program
    and Abstracts IMECO TC2 Symposium on Photonics in Measurements, Prague, Czech Rep., August 25-26, 2008.
53. Малинин Ю.Г., Ваньков Ю.В., Салихов Х.М., Яковлев Ю.П. Возможность практического применения влияния водорода на фотоэлектрические характеристики диодных структур с палладиевым контактом. Программа XXI Всероссийской межвузовской научно-техн.конф. Электромеханические и внутрикамерные процессы в энергетических установках, струйная акустика и диагностика, приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий 12-14 мая 2009 г. Казанское ВВКУ - Казань: 2009 г. - С.6.
54. Малинин Ю.Г., Салихов Х.М., Яковлев Ю.П. Возможность практического применения влияния сероводорода на фотоэлектрические характеристики гетероструктур
    Al-n-Si-SnO2. Сборник материалов XXI Всероссийской межвузовской научно-техн.конф. Часть 1. 12-14 мая 2009 г. Казанское ВВКУ - Казань: 2009 г. С.31-32.
55. Малинин Ю.Г., Ваньков Ю.В., Салихов Х.М., Яковлев Ю.П. Возможность практического применения влияния водорода на фотоэлектрические характеристики диодных структур с палладиевым контактом. Сборник материалов XXI Всероссийской
    межвузовской научно-техн.конф. Часть 1. 12-14 мая 2009 г. Казанское ВВКУ - Казань: 2009 г. С.33-34.
56. Салихов Х.М., Стоянов Н.Д., Яковлев Ю.П., Калинина К.В., Молчанов С.С. Миниатюрный сенсор водорода на основе оптопары светодиод - фотоэлектрический элемент InP/GaInAsP/Pd. Сборник тезисов докладов участников Второго Международного форума по нанотехнологиям. 6-8 октября 2009. С489-491.
57. Салихов Х.М., Стоянов Н.Д. Оптоэлектронный сенсор водорода на основе гетероструктур и диодов Шоттки полупроводников А3В5. Альтернативная энергетика
    и экология, - 2009 г. - № 10, - C. 15-21.
58. Салихов Х.М.,  Яковлев Ю.П., Стоянов Н.ДЕ Портативный оптический анализатор содержания воды в нефти на основе оптопары Светодиодная матрица-широкополосный фотодид среднего ИК диапазона (1.6-2.4 m) // Журнал технической физики, - 2010 г.- №2, т.80.- С. 99 - 104.
59. Салихов Х.М. Оптоэлектронные сенсоры водорода на основе диодов Шоттки на кремнии и гетероструктурах полупроводников А3В5. С.-Петербург.: изд. Политехнического Университета, 2010. - 100 с.

Цитируемая литература

1. Альтернативная энергетика и экология ISJAE// Столетний меморандум,
   13 ноября 2006. - 2007, №3(47). - С. 11.
2. I.E. L. Hollis, Carrier recombination in indium arsenide // Proc. Phys. Soc.-1967.-Vol. 91. №1.- p. 151.
3. Барышев Н.С. Междузонная. Рекомбинация электронов и дырок в арсениде
   индия // ФТТ.- 1964.- Вып.6. №10.-С.3027. 
4. Абакумов В.Н., Перель В.И., Яссиевич И.Н. Безизлучательная рекомбинация
   в полупроводниках.- СПб.: ФТИ им. А.Ф.аИоффе, 1997. - 376 с.
5. Тришенков М.А.а Фотоприемные устройства и ПЗС. Обнаружение слабых
   оптических сигналов. Радиосвязь. - М.: 1992. - 400 с.
6. Mikhailova M., Stoyanov N., Andreev I., Zhurtanov B., Kizhaev S., Kunitsyna E.,
   Salikhov Kh., Yakovlev Yu.P. УOptoelectronic sensors on GaSb and InAs-based heterostructures for ecological monitoring and medical diagnosticsФ//Proc. SPIE УOptical Sensing Technology and ApplicationsФ.-  2007.-Vol.а6285.- pp.а628526-1(9).
7. Sah S.T. Carrier generation and recombination in p-n junctions and p-n junction
   characteristics//Proc. IRE.-1957.- Vol.45. №9.-p. 1228.
8. Mikhailova M.P., Nasledov D.N., Slobodchikov S.V., Spectral response of the
   photoeffects in InAs// Рhys.stst.sol. II.-1966.- pp.а529-539.
9. Mnch W., Electronic properties of semiconductor interfaces//Springer.- 2004. - 264 р.
10. Зи С., Физика полупроводниковых приборов т.1, пер. с англ. Суриса Р.А. - М.: Мир, 1984. - 456ас.
11. Walpole D., Nill K.W.а Capacity-voltage characteristics of metal barriers on p-PbTe and p-InAs: an influence of inversion layers // J.Appl.Phys.- 1971.-v 42.-pp.5609-5617.
12. Crowell C.R.а, Spitzer W.G., Howarth L.E.а, Labate  E.аAttenuation length measurements of hot electrons in metal films // Phys. Rev.-1962.- v.127, pp.2006-2010.
13. Yousuf M., Kuliyev B., Lalevic B.. Pd - InP Schottky diode hydrogen  sensors//Sol.-St Electron.-1982.-Vol. 25. №8.-р. 753.
14. амперт М., Марк П. Инжекционные токи в твердых телах. - М.: Мир, 1973. гл. 4, - 97 с.
15. Hokelek E., Robinson G.L.  A comparison of Pd Schottky contacts on InP, GaAs
    and Si//Sol.-St Electron.-1981.-Vol 24. №2.- р. 99.
16. а) Вуль А.Я., Козырев С.В., Федоров В.И. Особенности фотоэлектрических свойств туннельных МДП структур. Основные соотношения теории//ФТП/-1981.-т.15.-С. 142.

б) Вуль А.Я., Федоров В.И., Бирюлин Ю.Ф., Зинчик Ю.С., Козырев С.В.,
Сайдашев И.И., Санин К.В. Особенности фотоэлектрических свойств МДП структур. II Результаты эксперимента//ФТП.-1981.-т.15,-С. 400.

17. М.И.аВекслер, И.В.аГрехов, А.Ф.аШулебкин, Мультистабильность МДП-структур с туннельно-тонким диэлектрическим слоем // Письма ваЖТФ, 1993, т.19, в. 3,
    50-55.
18. Green M.A., Shewchun J. Current multiplication in metal - insulator - semiconductor (MIS) tunnel diodes//Sol. St Electron.-1974.-Vol 17.- p. 349.
19. Bube R.H. Pulse Excitation Studies of  Gain and Trapping in Photoconductors//J. Appl. Phys.-1963.-Vol. 34.-p. 3309.
20. Беляков Л.В., Горячев Д.Н., Срессели О.М., Ярошецкий И.Д. Светочувствительные структуры Шоттки на пористом кремнии//ФТП.-1993.-т.27.-С.1371.
21. Веб-сайт фирм General Monitors Inc. Nippon Soken Inc.

   Авторефераты по всем темам  >>  Авторефераты по физике