Электрические и фотоэлектрические явления в гетероструктурах и диодах Шоттки на основе полупроводников и кремния и их применение в сенсорах водорода

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 интервале77-300 K 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 бoльшими временами релаксации (до 10-20 мин). 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. А.Ф. Иоффе впервые предложен и создан экспериментальный образец оптического анализатора содержания воды в нейти на основе матрицы трехцветных ИК-светодиодов, излучающих на трех длинах волн 1,65 мкм (поглощение нефти), 1,94 мкм (поглощение воды) и 2,2 мкм (опорная длина волны). Экспериментальный образец прошел предварительные испытания в ОАО «Татнефть».

Список публикаций по теме диссертации

1. Андрушко А.И. , 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 InAs1XYSbXPY // 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 InAs1XYSbXPY 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-InAs1XYSbXPY: 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- InAs1XYSbXPY // 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 - InAs1XYSbXPY // 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- InAs1XYSbXPY // 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.1213-1216.

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. , 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. , Иванов Э.В. , Куницына Е.В. , Михайлова М.П. , Руссу Е.В., Салихов Х.М, Яковлев Ю.П. Детекторы водорода на основе диодов Шоттки и гетероструктур полупроводников A3B5//Физические проблемы водородной энергетики: Программа и тезисы докладов Российской конференции 29-30 ноября 2004 г.- Санкт-Петербург.- С. 14-15.

50. Андреев И.А. , Иванов Э.В. , Михайлова М.П. , Салихов Х.М., Яковлев Ю.П. 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 2005 г.- Санкт-Петербург.- С. 112-113.

51. Mikhailova M. , Stoyanov N., Andreev I. , Zhurtanov B. , Kizhaev S., Kunitsyna E. , Salikhov Kh. and Yakovlev Yu. Optoelectronic sensors on GaSb and InAs based heterostructures for ecological monitoring and medical diagnostics, proc. SPIE// Optical Sensing Technology and Applications.- 2007.-vol. 6285.- p. 261 .

52. Stoyanov N.D, Mikhailova M.P. , Molchanov S.S. , Kizhaev S.S. , Kalinina K.V. , Astakhova A.P. , Gurina T.I. , Salikhov Kh.M. and Yakovlev Yu.P. “Portable mid-infrared optical sensor for measuring of water concentration in oil” 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.Д… Портативный оптический анализатор содержания воды в нефти на основе оптопары «Светодиодная матрица-широкополосный фотодид» среднего ИК диапазона (1.6-2.4 µm) // 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

Альтернативная энергетика и экология ISJAE// «Столетний меморандум, 13 ноября 2006». - 2007, №3(47). - С. 11.

I.E. L. Hollis, Carrier recombination in indium arsenide // Proc. Phys. Soc.-1967.-Vol. 91. №1.- p. 151.

Барышев Н.С. Междузонная. Рекомбинация электронов и дырок в арсениде индия // ФТТ.- 1964.- Вып.6. №10.-С.3027.

Абакумов В.Н., Перель В.И., Яссиевич И.Н. Безизлучательная рекомбинация в полупроводниках.- СПб.: ФТИ им. А.Ф. Иоффе, 1997 376 с.

Тришенков М.А. Фотоприемные устройства и ПЗС. Обнаружение слабых оптических сигналов. Радиосвязь. - М.: 1992. - 400 с.

Mikhailova M., Stoyanov N., Andreev I., Zhurtanov B., Kizhaev S., Kunitsyna E., Salikhov Kh., Yakovlev Yu.P. “Optoelectronic sensors on GaSb and InAs-based heterostructures for ecological monitoring and medical diagnostics”//Proc. SPIE “Optical Sensing Technology and Applications”.- 2007.-Vol. 6285.- pp. 628526-1(9).

Sah S.T. Carrier generation and recombination in p-n junctions and p-n junction characteristics//Proc. IRE.-1957.- Vol.45. №9.-p. 1228.

Mikhailova M.P., Nasledov D.N., Slobodchikov S.V., Spectral response of the photoeffects in InAs// Рhys.stst.sol. II.-1966.- pp. 529-539.

Monch W., Electronic properties of semiconductor interfaces//Springer.- 2004. - 264 р.

Зи С., Физика полупроводниковых приборов т.1, пер. с англ. Суриса Р.А. - М.: Мир, 1984. - 456 с.

Walpole D., Nill K.W. 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.

Crowell C.R. , Spitzer W.G., Howarth L.E. , Labate E. Attenuation length measurements of hot electrons in metal films // Phys. Rev.-1962.- v.127, pp.2006-2010.

Yousuf M., Kuliyev B., Lalevic B.. Pd - InP Schottky diode hydrogen sensors//Sol.-St Electron.-1982.-Vol. 25. №8.-р. 753.

Ламперт М., Марк П. Инжекционные токи в твердых телах. - М.: Мир, 1973. гл. 4, - 97 с.

Hkelek E., Robinson G.L. A comparison of Pd Schottky contacts on InP, GaAs and Si//Sol.-St Electron.-1981.-Vol 24. №2.- р. 99.

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.

М.И. Векслер, И.В. Грехов, А.Ф. Шулебкин, Мультистабильность МДП-структур с туннельно-тонким диэлектрическим слоем // Письма в ЖТФ, 1993, т.19, в. 3, 50-55.

Green M.A., Shewchun J. Current multiplication in metal - insulator - semiconductor (MIS) tunnel diodes//Sol. St Electron.-1974.-Vol 17.- p. 349.

Bube R.H. Pulse Excitation Studies of Gain and Trapping in Photoconductors//J. Appl. Phys.-1963.-Vol. 34.-p. 3309.

Беляков Л.В., Горячев Д.Н., Срессели О.М., Ярошецкий И.Д. Светочувствительные структуры Шоттки на пористом кремнии//ФТП.-1993.-т.27.-С.1371.

Размещено на Allbest.ur