Ліневич Я. О. Нанорозмірні кремнієві одновимірні структури для сенсорів фізичних та хімічних величин

Науково-прикладні дослідження, висвітлені в дисертаційній роботі, зосереджені на практичному дослідженні впливу технологічних параметрів створення масиву КНН на статичні та динамічні параметри сенсорів на його основі. У сучасних науково-технічних дослідженнях сенсорів фізичних та хімічних величин все більшого поширення набувають нанорозмірні кремнієві одновимірні структури. Вони мають унікальні властивості, такі як високе аспектне співвідношення сторін та велика питома поверхня, що дозволяє значно підвищити чутливість сенсорів. Одновимірні структури з кремнію знаходять застосування у різних галузях, зокрема, в медицині, екологічному моніторингу, харчовій промисловості та у побуті. Їх використання дозволяє створювати високочутливі сенсори для вимірювання температури, освітлення, вологості, а також виявлення різних газів і хімічних речовин (ЛОС). Кремнієві нанонитки, що є основою таких сенсорів, можуть бути виготовлені за допомогою різних методів, зокрема хімічного осадження з парової фази (CVD), хімічного травлення (МСХТ) та літографії. У роботі досліджено властивості КНН, отриманих з використанням методу МСХТ. Зокрема, проведено порівняльний аналіз впливу різних технологічних параметрів створення КНН (тривалість першої та другої стадії МСХТ, а також вміст розчинів) та типу модифікації на статичні та динамічні параметри сенсорів фізичних і хімічних величин. Актуальність дисертаційного дослідження обумовлена потребою у визначенні параметрів створення кремнієвих 1D структур для створення різних сенсорів фізичних і хімічних величин, а також вдосконалення їх шляхом поверхневої модифікації для покращення стабільності, чутливості, швидкодії та селективності. У першому розділі був наведений літературний огляд технології створення, матеріалів та конструкцій сенсорів на основі нанорозмірних кремнієвих 1D структур для сенсорів хімічних та фізичних величин. Було встановлено, що сенсори на основі КНН мають високу чутливість та адсорбційні властивості завдяки унікальним електронним властивостям та розвинутій поверхневій структурі, що забезпечує точне виявлення різних хімічних і біологічних сполук. Також до переваг сенсорів на основі КНН слід віднести кімнатні робочі температури та сумісність з ІС, а завдяки їх мініатюрним розмірам, ці сенсори можуть бути використані в різних сферах, включаючи моніторинг забруднювачів повітря, води та медичну діагностику. Однак огляд літератури виявив декілька основних проблем таких сенсорів. По-перше, сенсори на основі КНН часто мають обмежену стабільність за різних умов експлуатації, що може впливати на точність вимірювань. По-друге, таким приладам є властивим порівняно великі часи відгуку та відновлення, що визначають низьку швидкодію сенсора. По-третє, довговічність таких сенсорів потребує додаткових досліджень, оскільки кремній має властивість окислюватися з часом. Для подолання цих проблем в даній роботі запропоновано кілька перспективних підходів для вирішення виявлених проблем: дослідження та вдосконалення технологічних параметрів створення масиву КНН та використання різних видів поверхневої модифікація масиву КНН, що може підвищити швидкодію, стабільність та чутливість таких сенсорів. У другому розділі описано виготовлення чутливих структур на основі масиву КНН для сенсорів фізичних та хімічних величин з планарною геометрією контактів (резистивного/ємнісного типу) та наведено вплив параметрів створення КНН на їх поверхневу морфологію, а також статичні параметри (відгук та чутливість) та динамічні параметри (час відгуку та час відновлення) сенсорів на їх основі. Показано, що додавання одновимірних кремнієвих наноструктур до складу сенсорів фізичних величин значно покращило їх чутливість та швидкодію. Зокрема було встановлено, що збільшення питомого опору підкладки сенсорів призводить до значного погіршення відгуку для сенсорів температури і освітленості, але до покращення в сенсорах вологості та ЛОС. Додаткова обробка перед операцією МСХТ (текстурування) покращило відгук для сенсорів освітленості, але для сенсорів температури, вологості та ЛОС погіршило відгук. Збільшення часу осадження AgNPs призвело до погіршення відгуку для всіх сенсорів. Значне збільшення часу травлення кремнію призводить в сенсорах температури і освітленості до погіршення відгуку, але в сенсорах вологості та ЛОС навпаки до покращення. Збільшення вмісту Н2О2 в розчині до 0,8-1 мл призводить до покращення відгуку всіх сенсорів