Гаврильченко І. В. Фізичні процеси в сенсорних гетероструктурах на основі модифікованих шарів поруватого кремнію

Диссертация посвящена исследованию электрофизических процессов в сенсорных гетероструктурах на основе модифицированных слоев пористого кремния и их изменений, которые происходят при адсорбции молекул воды и спирта. На основании решения диффузионно-дрейфовых уравнений теоретически проанализировано влияние адсорбции на электрические свойства структур металл- туннельный диэлектрик- ПК-кремний. Количественно показано, как величина тока при адсорбции зависит от изменения эффективной диэлектрической постоянной и заряда в ПК. Предложена модель адсорбционных процессов, которая экспериментально подтверждается для ко-адсорбции паров воды и спирта. Зависимость проводимости структуры от концентрации спирта имеет максимум приблизительно при 40% концентрации спирта в водном растворе. Предложено методику определения параметров пористого слоя из экспериментальных вольт-фарадных характеристик. Разработаны эффективные спиртометры на основе барьерных структур металл-ПК-кремний. Коэффициент тензорезистивного эффекта для пленок ПК негативный, приблизительно в 2 рази выше чем для р-Si и зависит от толщены слоя ПК, что связано с градиентом пористости ПК. Наблюдается немонотонное поведение емкости насыщения МДП структур Ті-ПК-Si (с порами, заполненными водой) при Т=-10+10 0С. Эффект объясняется возрастанием внутреннего давления в ПК при замерзании воды в порах и перестройкой энергетической структуры глубоких уровней ПК. Оценена максимальная величина внутреннего давления, которое вызывает уменьшение Eg ПК на 0,16 эВ. Установлено, что интенсивность и время жизни фотолюминесценции при УФ освещении ПК в растворах зависит от уровня рН. Показано, что высокий уровень интенсивности ФЛ и большое время затухания ФЛ соответствует низкому уровню рН (кислоты), а низкий уровень интенсивности ФЛ короткое время затухания ФЛ характерны для высокого уровня рН (щелочи). Эффект объясняется конкуренцией процессов десорбции-адсорбции водорода и окисления во время УФ освещения. Обосновано использование ПК в качестве рН-метра в диапазоне изменений рН от 2 до 9. Стабильность параметров сенсоров повышается при модификации поверхности ПК полимером PEDOT. Исследовано термо-акустическое излучение на структурах с ПК. Предложен новый метод регистрации термостимулированного акустического излучения с помощью моста Уинстона. Показано, что АЧХ термо-акустического сигнала имеет максимум, который сдвигается при адсорбции паров спирта. Предложено использовать этот эффект для газовых сенсоров.