Вплив адсорбції молекул аміаку на поверхневі явища в p-n переходах на основі напівпровідників

Размещено на http://allbest.ru

ОДЕСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ім. І.І. МЕЧНИКОВА

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук

01.04.10 - Фізика напівпровідників і діелектриків

Вплив адсорбції молекул аміаку на поверхневі явища в p-n переходах на основі напівпровідників

ВИКОНАЛА АРТЕМЕНКО ОЛЕНА СЕРГІЇВНА

Одеса - 2004

Анотація

Артеменко О.С. Вплив адсорбції молекул аміаку на поверхневі явища в p-n переходах на основі напівпровідників. - Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.10 - фізика напівпровідників і діелектриків. - Одеський національний університет ім. І.І. Мечникова, Одеса, 2004.

Встановлено, що в p-n структурах на основі GaAs, GaAs-AlGaAs та GaP, поміщених в пари аміаку, виникає додатковий поверхневий струм. Результати пояснюються утворенням провідного поверхневого каналу під дією електричного поля іонів аміаку, адсорбованих на поверхні власного оксиду.

Дослідження кінетики наростання та спадання поверхневого струму при адсорбції та десорбції молекул аміаку при різних температурах свідчить про наявність в p-n переходах на основі GaAs зі шліфованою боковою поверхнею «повільних» поверхневих рекомбінаційних центрів з висотою потенціального бар'єра для електронів =0,480,54еВ.

Вплив парів аміаку на морфологію поверхні p-n-структур на основі GaAs досліджено за допомогою еліпсометричних вимірювань та методами атомно-силової мікроскопії. Показано, що обробка пластин GaAs в парах аміаку покращує однорідність оксидного шару і не впливає на швидкість поверхневої рекомбінації.

Зміну ВАХ p-n структур під дією парів аміаку можна використати для створення сенсора даних парів. Результати даних досліджень свідчать, що сенсори парів аміаку на основі p-n переходів можуть працювати тривалий час в повторному режимі.

напівпровідник адсорбційний аміак електричний

1. Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Подальший розвиток мікроелектроніки та оптоелектроніки пов'язаний зі зменшенням розмірів їх елементів, що обумовлює зростання ролі поверхневих явищ в електронних приладах. До таких явищ належать поверхневий вигин зон та поверхнева рекомбінація, створення поверхневих провідних шарів, модифікація шару власного оксиду під дією різних чинників та ін. Робочим матеріалом багатьох електронних приладів є напівпровідникові сполуки групи А^IIIВ^V, такі як GaAs, Ga_xAl_1-xAs, GaP. Незважаючи на велику кількість літературних даних, присвячених вивченню поверхневих явищ в напівпровідниках А^IIIВ^V та приладах на їх основі, в даний час залишаються недостатньо з'ясованими природа поверхневих станів, механізми захоплення носіїв заряду на дані стани, вплив навколишньої атмосфери на електричні, оптичні та фотоелектричні явища в бар'єрних структурах на основі напівпровідників А^IIIВ^V.

Вплив адсорбованих іонів на поверхневі властивості p-n структур на основі напівпровідників А^IIIВ^V можна використати з одного боку для розробки методів дослідження поверхневих рівнів даних напівпровідників, а з іншого боку на основі даних ефектів можлива розробка газових сенсорів.

Важливим напрямком розвитку сучасної твердотільної електроніки є створення сенсорів газу, принцип роботи яких базується на поверхневих явищах в напівпровідниках. На даний момент широкого використання набули прилади на основі структур метал-оксид-напівпровідник з бар'єром Шоткі, які використовуються для визначення концентрацій водню, кисню та інших газових сумішей, у тому числі і аміаку. Проте, і досі існує проблема точного контролю аміаку в біомедичних дослідженнях та промислових процесах при його низьких концентраціях.

В представленій роботі узагальнено результати дослідження механізмів впливу газової атмосфери на електричні та фотоелектричні характеристики в p-n переходах на основі напівпровідників А^IIIВ^V, а також на морфологію поверхні даних структур.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Дисертаційна робота виконана на кафедрі фізики твердого тіла та твердотільної електроніки Одеського національного університету ім. І.І. Мечникова в рамках науково-дослідної теми «Просторові властивості та поляризація випромінювання лазерних гетероструктур», номер держреєстрації 0199U003119, а також в рамках договору про науково-технічну співпрацю з лабораторією оптики напівпровідників Інституту фізики ім. Б.І. Степанова НАН Білорусі та договору про науково-технічну співпрацю з кафедрою фізики та хімії Одеської національної морської академії.

В межах цієї тематики автором проведено дослідження впливу газового оточення на електричні та фотоелектричні характеристики і морфологію поверхонь подвійних лазерних гетероструктур на основі AlGaAs-GaAs та p-n структур на основі GaAs і GaP.

Мета та задачі дослідження. Мета дисертаційної роботи полягала у:

- встановленні механізмів впливу газової атмосфери на електричні та фотоелектричні властивості лазерних подвійних гетероструктурах на основі AlGaAs-GaAs та p-n структурах на основі GaAs і GaP;

- встановленні ролі приповерхневого порушеного шару в поверхневих генераційно-рекомбінаційних процесах;

- встановленні закономірностей модифікації поверхневого оксидного шару на напівпровідників під впливом навколишньої атмосфери.

Для реалізації поставленої мети необхідно було розв'язати такі експериментальні завдання:

1. Проведення комплексних досліджень стаціонарних електричних характеристик лазерних гетероструктур на основі AlGaAs-GaAs та p-n структур на основі GaAs і GaP в повітрі, а також в парах води, ацетону, етанолу та аміаку при різних температурах.

2. Дослідження кінетики змін електричних характеристик p-n переходів при зміні навколишньої атмосфери при різних температурах.

3. Дослідження змін фотоелектричних властивостей p-n структур при адсорбційних процесах.

4. Дослідження впливу хімічних обробок поверхні на електричні та фотоелектричні характеристики в p-n переходах.

5. Проведення дослідження впливу обробки в парах аміаку на макрофізичні характеристики природного оксидного шару на поверхні GaAs методом лазерної еліпсометрії.

6. Дослідження впливу газової атмосфери на морфологію поверхні та оксидного шару на поверхні p-n структур на основі GaAs методом атомної силової мікроскопії.

Комплексність досліджень забезпечувалась завдяки використанню різноманітних сучасних методик для одержання інформації про вплив газового середовища на поверхню напівпровідникових сполук групи А^IIIВ^V.

Методи дослідження. Закономірності формування поверхневого провідного каналу в лазерних гетероструктур на основі AlGaAs-GaAs та p-n структур на основі GaAs і GaP вивчались шляхом аналізу вольт-амперних характеристик прямого та зворотного струмів в різних газових атмосферах в інтервалі температур 300-400К. Для оцінки впливу висоти бар'єру в об'ємі p-n структури на кінетику формування і розпаду поверхневого провідного каналу проводились дослідження прямих та зворотних характеристик при імпульсному живленні зразків. Вплив газової атмосфери на швидкість поверхневої рекомбінації досліджувався фотоелектричними методами, за допомогою аналізу спектру та вольт-амперних характеристик фотоструму. Закономірності адсорбційно-десорбційних процесів та механізм формування шару об'ємного заряду в приповерхневій області p-n переходів досліджувались із аналізу кінетики додаткового поверхневого струму при зміні газової атмосфери. За допомогою еліпсометричних вимірювань були виявлені параметри оксидної плівки p-n переходів на основі GaAs при обробці в парах аміаку, такі як коефіцієнт заломлення та товщина оксидного шару. Вплив обробки в парах аміаку на морфологію поверхні зразків досліджувався методом атомно-силової мікроскопії на монокристалічних пластинах GaAs.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в тому, що вперше:

Виявлено ефект різкого зростання поверхневого струму в p-n структурах на основі напівпровідників А^IIIВ^V під дією адсорбованих молекул аміаку. Встановлено, що додатковий поверхневий струм в p-n переходах лінійно залежить від парціального тиску парів аміаку та від прикладеної напруги. Дана поведінка поверхневого струму пояснюється тим, що електричне поле адсорбованих іонів аміаку створює провідний приповерхневий канал в p-n переході. При цьому швидкість поверхневої рекомбінації залишається незмінною, що підтверджується результатами фотоелектричних досліджень.

Встановлено, що кінетика наростання поверхневого струму, пов'язана з адсорбцією молекул аміаку, набагато повільніша від кінетики спаду даного струму, зумовленої десорбцією молекул аміаку. Дане явище пояснене заповненням глибоких поверхневих центрів на межі напівпровідник - власний оксид. Показано, що кінетика спадання поверхневого струму експоненціальна, при чому час спадання збільшується при заповненні поверхневих рівнів і зменшується при підвищенні температури, що використано для оцінки глибини вказаних рівнів.

Встановлено, що наявність поверхневого порушеного шару веде до суттєвого підвищення чутливості p-n структур на основі GaAs до парів аміаку. Затягування кінетики спадання поверхневого струму в p-n структурах на основі GaAs з механічно полірованою боковою поверхнею пояснюється наявністю в зразках колективних потенціальних бар'єрів.

Дослідження, проведені за допомогою лазерної еліпсометрії, показали, що обробка в парах аміаку веде до збільшення ефективного коефіцієнта заломлення оксидної плівки та зростання оптичної товщини даної плівки на поверхні GaAs.

Дослідження морфології поверхні GaAs методом атомно-силової мікроскопії дозволило встановити, що зміна макроскопічних параметрів оксидного шару при обробці в парах аміаку обумовлена покращенням однорідності оксидного шару. Тому такі сенсори парів аміаку можуть працювати тривалий час в повторному режимі.

Практичне значення одержаних результатів:

1. Виявлена зміна електричних характеристик p-n переходів на основі напівпровідників А^IIIВ^V при впуску атмосфери аміаку може бути використана для створення селективних газових сенсорів, що працюють без додаткового нагрівання. Час відгуку p-n гетероструктури на основі AlGaAs-GaAs як сенсора парів аміаку при кімнатній температурі не перевищує 100с.

2. Результати роботи можна використати для оптимізації структури і режиму роботи сенсорів парів аміаку.

3. Зміну стаціонарних і кінетичних характеристик p-n структур під дією електричного поля адсорбованих іонів аміаку, як модифікацію ефекту поля, можна використовувати для дослідження параметрів поверхневих центрів.

Особистий внесок здобувача полягає у аналізі наукових праць за темою; підготовці зразків до дослідження їх фізичних властивостей при взаємодії з газовим середовищем, в різних температурних режимах та при хімічній обробці поверхні; проведенні експериментальних досліджень електричних та фотоелектричних характеристик p-n структур на основі напівпровідників А^IIIВ^V при взаємодії з газовим середовищем при різних температурах та хімічній обробці поверхні; участі в проведенні аналізу результатів; участі в вимірюваннях за допомогою атомно-силової мікроскопії та лазерної еліпсометрії. Здобувач приймав участь в обговорюванні всіх отриманих експериментальних даних, їх обробці та підготовці наукових праць до публікацій.

Інтерпретація та узагальнення отриманих результатів, формування основних положень та висновків проведені спільно з науковим керівником. Експериментальне дослідження морфології поверхні p-n структур на основі GaAs за допомогою еліпсометричних досліджень та методом мікроскопії атомних сил проведено в Інституті фізики напівпровідників НАН України (м. Київ).

2. Зміст роботи

У вступі обґрунтовано актуальність теми, вказано зв'язок роботи з науковими програмами, планами та темами. Сформульовано мету і основні завдання дослідження, викладено наукову новизну та практичне значення отриманих результатів, відображено особистий внесок автора. Сформульовано основні відомості про апробацію роботи, кількість публікації автора за темою дисертації.

Перший розділ присвячений огляду літературних даних. Описано механізми процесів, які протікають поблизу поверхні напівпровідника, проведено аналіз механізму поверхневої рекомбінації. Розглядаються різноманітні методи впливу на електронну структуру поверхні напівпровідників. Проаналізовано вплив адсорбційно-десорбційних процесів на поверхневий струм напівпровідникових структур А^IIIВ^V. Розглянуто стан та проблеми використання поверхнево-бар'єрних структур на основі напівпровідників А^IIIВ^V як газових сенсорів.

У другому розділі подані структура досліджуваних зразків та методи дослідження електричних та фотоелектричних характеристик зразків. Дослідження проведено на p-n структурах на основі GaAs і GaP та лазерних подвійних гетероструктурах Al_xGa_1-xAs, оптимізованих для отримання максимального квантового виходу випромінювання.

Методика експерименту була спрямована на отримання відгуку до оточуючого газового середовища за рахунок вивчення основних електрофізичних характеристик досліджуваних p-n структур на основі напівпровідників А^IIIВ^V: вольт-амперних прямих та зворотних характеристик, кінетики наростання та спадання додаткового поверхневого струму, спектру фотоструму та морфології поверхні p-n переходів. При дослідженні кінетики наростання та спадання додаткового поверхневого струму, була створена автоматизована вимірювальна система, у якій використовувались стандартні вимірювальні прилади. Виготовлена газова система давала можливість створювати та контролювати газове середовище з заданими параметрами тиску та температури та проводити його швидку зміну. Для вимірювання параметрів власного оксидного шару GaAs використовувалась методика лазерної еліпсометрії. Морфологія поверхонь напівпровідників досліджувалась за допомогою атомно-силової мікроскопії. Обробка експериментальних даних здійснювалась на ЕОМ.

Третій розділ присвячений опису та аналізу результатів експериментальних досліджень поверхневого струму в гетероструктурах на основі AlGaAs-GaAs та p-n структурах на основі GaAs і GaP в таких газових атмосферах як чисте повітря, насичені пари води, ацетону, етанолу та аміаку.

Поверхнева рекомбінація в досліджених p-n переходах є відповідальною за компоненту прямого струму, яка описується виразом:

(1)

де I₀ - стала; q - заряд електрона; V - прикладена напруга; k - стала Больцмана; T - температура; n_t - коефіцієнт неідеальності вольт-амперних характеристик (ВАХ).

Проведені дослідження стаціонарних характеристик поверхневих струмів у подвійних гетероструктурах на основі AlGaAs-GaAs та p-n структурах на основі GaAs та GaP показали, що насичені пари води, етилового спирту і ацетону практично не впливають на поверхневі струми досліджених структур.

Виявлено, що пари аміаку значно підвищують прямий струм в даних структурах. У всіх досліджених зразках додатковий поверхневий струм, зумовлений адсорбцією молекул аміаку, зростає при підвищенні парціального тиску парів аміаку та лінійно залежав від напруги (рис. 1), тобто:

. (2)

Дослідження прямого поверхневого струму GaAlAs показало, що в каналі існує електрорушійна сила величиною V₀= +0,125 В, яку можна інтерпретувати, як різницю між енергією адсорбції нейтральної молекули аміаку на поверхню p-n переходу і енергією десорбції іону аміаку. Для зворотного струму ця величина складала V₀= -0,125В. Напрямок електрорушійної сили свідчить, що при адсорбції молекул аміаку генеруються неосновні носії заряду.

Описана поведінка додаткового поверхневого струму пояснюється виникненням провідного приповерхневого каналу в p-n структурах. Адсорбовані молекули аміаку віддають електрони кристалу і створюють шар позитивних іонів. Збіднений шар, виходячи на поверхню, викривляється за рахунок електричного поля іонів, внаслідок чого створюється поверхневий шар просторового заряду, збіднений дірками і збагачений електронами. Аміак є донором у напівпровідниках А^IIIB^V, звідки випливає, що поверхневий провідний канал утворюється в р-області, де неосновними носіями заряду є електрони. Формування даного шару і зумовлює додатковий поверхневий струм (ДПС) в p-n структурах, при впуску парів аміаку в посудину, що містила зразок. Вимірювання вольт-амперних характеристик зворотного струму показали різке зростання цього струму в p-n переходах при обробці в парах аміаку.

Величина прямої компоненти поверхневого струму, що виникає при адсорбції молекул аміаку, набагато перевищує величину зворотного струму. Після витримки досліджуваних структур в повітрі, ВАХ прямого та зворотного струмів відтворюються, що свідчить про фізичний характер адсорбції аміаку.

Дослідження температурної залежності додаткового струму показало, що пряма компонента ДПС лінійно залежить від прикладеної напруги при різних температурах, тобто відповідає залежності (2) та зменшується при підвищенні температури. Це можна пояснити тим, що із зростанням температури збільшується імовірність десорбції іонів аміаку. Енергія активації для десорбції молекул аміаку з поверхні GaAs складає ДE_а=0,29 еВ.

Зміна ВАХ гетероструктур при впуску атмосфери аміаку може бути використана для створення селективних газових сенсорів. Розглядаючи наведені вольт-амперні характеристики додаткового струму в p-n переходах, можна ввести поняття про питому струмову чутливість p-n структур як сенсорів аміаку:

, (3)

де Р - парціальний тиск парів аміаку; а - коефіцієнт у формулі (2).

Найвищу чутливість до атмосфери аміаку мають p-n структури на основі GaAs з шліфованою боковою поверхнею. Висока чутливість p-n структур на основі GaAs до парів аміаку може бути пов'язана з механічною поліровкою поверхонь цих зразків, при їх виготовленні.

Четвертий розділ присвячений дослідженню кінетики поверхневих струмів у p-n переходах на основі GaAs і лазерних гетероструктур на основі AlGaAs-GaAs.

Кінетика наростання поверхневого струму в лазерній p-n структурі після впуску насичених парів аміаку та спадання даного струму після перенесення зразка в атмосферу без аміаку була експоненціальною. При впуску парів аміаку струм зростав за законом:

, (4)

де І_СТ - стаціонарне значення поверхневого струму при даних значеннях концентрації аміаку та напруги; ф характеристичний час наростання струму.

Після наступного перенесення зразка в атмосферу без аміаку поверхневий струм спадав як:

, (5)

де ф_d характеристичний час спадання струму.

При цьому кінетика наростання поверхневого струму при підвищенні концентрації аміаку в атмосфері значно повільніша, ніж кінетика спадання струму при зменшенні парціального тиску аміаку. Вимірювання кінетики наростання додаткового поверхневого струму при впуску парів аміаку в посудину, що містила зразок, і спадання додаткового поверхневого струму при короткочасному видаленні парів аміаку із оточуючої зразок атмосфери, показали, що велика інерційність наростання додаткового поверхневого струму пов'язана з заповненням глибоких поверхневих станів. Після короткочасної (протягом 10с) витримки зразка в чистому повітрі додатковий поверхневий струм наростає суттєво швидше до свого попереднього значення, ніж після тривалої (до півгодини) витримки. Це означає, що існує «пам'ять» додаткового поверхневого струму, яка пов'язана з заповненням глибоких поверхневих рівнів, які не встигають суттєво термічно спустошитися за час витримки зразка в чистому повітрі. Час спадання ф_d струму залежав від величини того початкового значення струму, що було досягнуто в момент, коли зразок виймали з парів NH₃. При збільшенні початкового струму спадання відбувалося повільніше. Отже, захоплені заряди можуть впливати на кінетику десорбції і кінетику руйнування поверхневого каналу.

Для оцінки впливу висоти бар'єру в об'ємі p-n структури на кінетику формування і розпаду поверхневого провідного каналу вивчалась кінетика додаткового поверхневого струму при імпульсному живленні зразків. Вимірювання показали, що при прямому зміщенні зростання скважності вело до невеликого зменшення часу спадання ф_d, в той час як при зворотному зміщенні спостерігалась зростання ф_d. Це означає, що електричне поле p-n переходу сприяє розпаду провідного каналу при десорбції іонів аміаку.

Для зразків на основі GaAs з шліфованою боковою поверхнею спостерігалося відхилення кінетики поверхневого струму від експоненціальної. Різке сповільнення процесу наростання ДПС в зразках з шліфованою боковою поверхнею можна пов'язати з високою дефектністю приповерхневого шару та з заповненням глибоких поверхневих станів. Подібна кінетика наростання нерівноважного струму може спостерігатися при наявності двох типів рекомбінаційних центрів з різними значеннями коефіцієнта захоплення електрона. Імовірність захоплення дірок «повільним» центром має вигляд:

, (6)

де C_ps - коефіцієнт захоплення дірки; p_b - концентрація дірок в об'ємі р-області; E_s - величина поверхневого вигину зон в р-області (або висота локального бар'єру для захоплення дірки «повільним» поверхневим центром).

Значення часу спадання ф_d ДПС порядку кількох секунд, на багато порядків величини перевищують час життя електронів у p-n структурах на основі GaAs, що складає десятки наносекунд. Таке тривале затягування спаду додаткового поверхневого струму пов'язане з наявністю бар'єрів для електронів і дірок в дефектному (внаслідок шліфування) приповерхневому шарі. Ймовірність термічного вивільнення електронів w_d з глибоких рівнів експоненціально залежить від відстані глибоких рівнів від с-зони E_cd:

(7)

Температурна залежність величини ф_d, виміряної при зміні оточуючої атмосфери аміак - чисте повітря на p-n структурах на основі GaAs з шліфованою поверхнею показана на рис. 2. Лінійність залежності lnф_d від оберненої температури свідчить, що виконується рівність (8). Оцінена величина E_cd, пов'язана з висотою вказаних бар'єрів, має значення E_cd = 0,48 0,54 еВ в p-n переходах на основі GaAs.

П'ятий розділ присвячений дослідженню впливу парів аміаку на морфологію поверхні p-n переходів на основі GaAs.

На поверхні p-n переходів на основі GaAs існує порушений шар, пов'язаний з механічною поліровкою даних структур. Дослідження впливу порушеного шару на кінетику наростання та спадання додаткового поверхневого струму, під дією атмосфери аміаку, проводилось на p-n структурах на основі GaAs з шліфованою боковою поверхнею. З поверхні GaAs знімався порушений шар товщиною ~ 10мкм за допомогою розчину H₂O₂:H₂SO₄:H₂O в співвідношенні 1:8:1, який мав поліруючу швидкість ~2,8мкм/хвил. На досліджуваних зразках p-n структури на основі GaAs спостерігалося затягування кінетики спадання поверхневого стуму при обробці в парах аміаку, що можливо при наявності в зразках колективних потенціальних бар'єрів. Величина ДПС лінійно залежала від парціального тиску парів аміаку у діапазоні 10²-10⁴Па як до, так і після стравлювання порушеного шару. Стравлювання порушеного шару на порядок зменшувало величину стаціонарного значення додаткового струму. Адсорбція молекул NH₃ не змінювала спектр фотоструму p-n структур до та після cтравлювання порушеного шару. Це говорить про те, що стравлювання порушеного шару не впливає на швидкість поверхневої рекомбінації.

Таблиця 1. Результат дослідження

За допомогою еліпсометричних досліджень були виявлені параметри оксидної плівки на типових монокристалічних пластинах GaAs розміром 3Ч7 мм, які піддавались тривалому зберіганню. Дослідження оксидного шару за допомогою еліпсомертії показало, що існує суттєва різниця значень ефективного показника заломлення і оптичної товщини оксидного шару від зразка до зразка. Після того, як зразок помістили в насичені пари аміаку з парціальним тиском Р=11700Па на 30 хвилин, параметри оксидної плівки значно покращились, що показано в таблиці 1. Обробка в парах аміаку веде до того, що ефективний коефіцієнт заломлення плівки n для різних зразків прийняв однакове значення n=2.64. Оптична товщина плівки оксиду GaAs d збільшилась, та мало відрізняється від зразка до зразка.

Результати досліджень поверхні, виміряні за допомогою атомної силової мікроскопії в типовому зразку GaAs, до (а) та після (б) обробки в насичених парах аміаку показані на рис. 3. Із рис.3 видно, що пари аміаку роблять поверхню більш однорідною, на поверхні p-n переходу з'являється періодична структура у вигляді локальних підйомів («горбів» ) та понижень («ямок»).

Висновки

Сукупність експериментальних даних, отриманих при виконанні дисертаційної роботи, дозволяє встановити основні фізичні процеси, які протікають на поверхні p-n переходів на основі напівпровідників А^IIIВ^V під впливом оточуючого газового середовища, та дозволяють створити сенсори парів аміаку.

На основі проведених досліджень було встановлено:

- Аналіз стаціонарних вольт-амперних характеристик прямих та зворотних поверхневих струмів у подвійних лазерних гетероструктурах на основі GaAs-GaAlAs та p-n структурах на основі GaAs та GaP показав, що насичені пари дистильованої води, етилового спирту і ацетону практично не впливають на поверхневі струми досліджених структур. Пари аміаку ведуть до різкого зростання поверхневого струму в p-n переходах на основі напівпровідників А^IIIВ^V. Поява додаткового поверхневого струму пояснюється утворенням провідного поверхневого каналу в р-області під дією електричного поля, яке створюють адсорбовані іони аміаку.

- Підвищення температури веде до зменшення величини додаткового поверхневого струму, що пояснюється зростанням ймовірності десорбції іонів аміаку. Енергія активації для десорбції молекул аміаку з поверхні GaAs складає ДE_а=0,29 еВ.

- Кінетика наростання поверхневого струму в p-n переходах при підвищенні концентрації аміаку в навколишній атмосфері значно повільніша, ніж кінетика спадання струму при зменшенні парціального тиску аміаку. Затягування кінетики наростання додаткового поверхневого струму p-n структур після впуску парів аміаку і спадання струму, після видалення парів аміаку, обумовлено заповненням електронами глибоких поверхневих рівнів та термічним вивільненням електронів з даних рівнів.

- В p-n переходах на основі GaAs із шліфованою поверхнею виявлено існування поверхневих рекомбінаційних центрів з малим перерізом захоплення електронів, з потенціальним бар'єром висотою =0,480,54еВ.

- Дослідження шару поверхневого оксиду на GaAs до та після взаємодії з парами аміаку за допомогою еліпсометричних вимірювань показало, що ефективний коефіцієнт заломлення оксидної плівки та оптична товщина плівки при обробці в парах аміаку збільшуються і мало відрізняються від зразка до зразка.

- Вимірювання за допомогою атомно-силової мікроскопії показало, що пари аміаку роблять шар поверхневого окису більш однорідним.

- Зміна стаціонарних характеристик гетероструктур при впуску атмосфери аміаку може бути використана для створення селективних газових сенсорів. Час відгуку лазерних p-n гетероструктур на основі GaAs-GaAlAs як сенсора парів аміаку при кімнатній температурі не перевищує 100с. Найвищу чутливість до парів NH₃ мають p-n переходи з шліфованою боковою поверхнею на основі GaAs, але час відгуку їх як сенсорів дуже великий.

- Результати даних досліджень свідчать, що сенсори парів аміаку на основі p-n переходів можуть працювати тривалий час в повторному режимі.

Список друкованих праць за темою дисертації

1. Артеменко Е.С., Маслеева Н.В., Птащенко А.А., Птащенко Ф.А. Влияние окружающей атмосферы на поверхностный ток в p-n гетероструктурах на основе GaAs-AlGaAs // Вісник Одеського державного університету. Сер. фіз.-мат. науки. - 2000. - Т. 5, вип. 3 - С. 185 - 190.

2. Птащенко О.О., Артеменко О.С., Птащенко Ф.О. Вплив газового середовища на поверхневий струм в p-n гетероструктурах на основі GaAs-AlGaAs // Матеріали VIII Міжнародної конференції з фізики і технології тонких плівок. - Івано-Франківськ (Україна), 2001. - С. 144.

3. Артеменко О.С., Птащенко Ф.О. Вплив парів аміаку на поверхневий струм в p-n гетероструктурах на основі GaAs-AlGaAs // Тези доповідей Міжнародної конференції студентів і молодих науковців з теоретичної та експериментальної фізики ЕВРІКА. - Львів (Україна), 2001. - С. 120.

4. Птащенко О.О., Артеменко О.С., Птащенко Ф.О. Вплив газового середовища на поверхневий струм в p-n гетероструктурах на основі GaAs-AlGaAs // Фізика і хімія твердого тіла. - 2001.- Т. 2, № 3. - С. 481 - 485.

5. Артеменко О.С., Птащенко Ф.О. Вплив парів аміаку на поверхневий струм в p-n гетероструктурах на основі GaAs-AlGaAs // Вісник Львівського університету. Серія фізична. - 2001. - Вип. 34. - С. 117 - 122.

6. Артеменко О.С., Маслєєва Н.В., Птащенко О.О., Птащенко Ф.О. Вплив парів аміаку на поверхневий струм p-n структур на основі напівпровідників A^IIIB^V // Вісник Одеського державного університету. Сер. фіз.-мат. науки. - 2001.- Т. 6, вип. 3. - С. 147 - 153.

7. Птащенко О.О., Артеменко О.С., Птащенко Ф.О. Характеристики p-n структур як газових сенсорів // 1-а Українська наукова конференція з фізики напівпровідників. - Одеса (Україна), 2002. - Т. 2. - С. 76.

8. Птащенко О.О., Артеменко О.С., Птащенко Ф.О. Вплив парів аміаку на електричні та фотоелектричні явища в p-n переходах на основі GaAs // IХ Міжнародна конференція з фізики і технології тонких плівок. - Івано-Франківськ (Україна), 2003. - С. 169 - 170.

9. Птащенко О.О., Артеменко О.С., Птащенко Ф.О. Кінетика поверхневого струму, пов'язаного з адсорбцією іонів у p-n переходах // Фотоелектроника. - 2003, вип. 12. - С.50 - 54.

Размещено на Allbest.ru