Geum.ru

Электрические и фотоэлектрические явления в гетероструктурах и диодах шоттки на основе полупроводников a 3 b 5 и кремния и их применение в сенсорах водорода

Вид материалаАвтореферат
Объекты и методы исследования
Научная новизна работы
Научная и практическая значимость работы
Подобный материал:
1   2   3   4   5

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 в зависимости от температуры и концентрации носителей в плавных и резких p-n переходах,

в диодах Шоттки Au-p-InAs определена высота барьера φB 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.