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 материала

Автореферат

Содержание Общая характеристика работы Объекты и методы исследования Научная новизна работы Научная и практическая значимость работы Научные положения, выносимые на защиту Апробация работы Структура и объем работы Содержание диссертации В первой главе Вторая глава В § 2.3 этой главы В четвертой главе Пятая глава Шестая глава В конце главы 6 в § 6.7 Седьмая глава Основные результаты и выводы работы Список публикаций по теме диссертации Цитируемая литература

Подобный материал:

• Курс "Оптические и фотоэлектрические свойства полупроводников", 9.84kb.
• Учебно-методический комплекс дисциплина «физика твёрдого тела» Челябинск, 194.36kb.
• 1992 physics and technics of semiconductors vol. 26. N 6 Вольт-амперные характеристики, 37.12kb.
• Программа вступительного экзамена по специальности 05. 27. 06 "технология и оборудование, 82.94kb.
• Урок-лекция по химии. 11 Класс. Тема: «изучение кремния и его соединений», 141.78kb.
• Авторы программы: доцент Морозов В. Б., доцент Соломатин В. С., профессор Шувалов, 87.32kb.
• «Электрические явления», 107.49kb.
• 1 Электрические сигналы, их классификация и параметры, 101.06kb.
• Программа Государственного экзамена по подготовке магистра по направлению «Физика полупроводников., 53.9kb.
• Руководитель проекта, 71.87kb.

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 «10» июня 2010 г. в 16:00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.229.01 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 “Санкт-Петербургский государственный политехнический университет ”.


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.