Електрофізичні властивості багатошарових структур на основі модифікованого пористого кремнію при адсорбції газів - Автореферат

Вивчення впливу адсорбції різних газових молекул на електрофізичні властивості багатошарових структур на основі пористого кремнію дозволяє більш широко досліджувати фізичні властивості твердотільних матеріалів для їх практичного застосування в газовій сенсориці. В дисертації досліджено морфологічні особливості структури та складу ПК в залежності від режиму анодного електрохімічного травлення (густина струму, час травлення, хімічний склад електроліту), оптимізовано технологію виготовлення шарів пористого кремнію з добре відтворюваними заданими параметрами (товщина шару, пористість, середній розмір пор, питома площа поверхні). Показано, що завдяки модифікації поверхні пористого кремнію можливо отримати чутливі та селективні до сірководню багатошарові структури на його основі. Метою дисертаційної роботи є встановлення особливостей електрофізичних властивостей багатошарових структур, сформованих на основі модифікованого пористого кремнію, з каталітично-активними електродами при адсорбції воднемістких молекул (H2, H2S, H2O); дослідження морфологічних особливостей структури та хімічного складу ПК від режиму анодного електрохімічного травлення (густина струму, час травлення, хімічний склад електроліту), оптимізація технології формування низьковимірних шарів пористого кремнію з добре відтворюваними заданими параметрами (товщина шару, пористість, середній розмір пор, питома площа поверхні); створення фізичної моделі адсорбції для виготовлених багатошарових структур, яка б враховувала особливості використання шару пористого кремнію та каталітично-активних плівок. дослідити особливості зміни мікроструктури та хімічного складу пористого кремнію під час різних обробок та їх вплив на електрофізичні властивості багатошарових структур;Описано структуру роботи, подано інформацію про особистий внесок автора, апробацію результатів досліджень, наведено обсяг та короткий зміст дисертації за розділами. У першому розділі проаналізовано основні літературні дані щодо механізму утворення, структурних та електрофізичних досліджень пористого кремнію. В другому розділі описано технологію виготовлення зразків, методи експериментального дослідження мікроструктури, хімічного складу і методику вивчення особливостей електрофізичних властивостей багатошарових структур при адсорбції газів. Вихідні плівки пористого кремнію отримували методом анодного електрохімічного травлення монокристалічних пластин кремнію р-типу з питомим опором 10 Ом?см (КДБ 10) та орієнтацією поверхні (100). При дослідженні відколу зразків ПК/кремній показало, що межа поділу ПК/кремній є рівномірно гладкою, а шар ПК однорідний по всій товщині (рис.3.).Встановлено, що Pd-ПК-Si структури проявляють підвищену чутливість до воднемістких молекул газів. Запропонована фізична модель адсорбції H2, H2S, H2O, яка пояснює характер ізотерм адсорбції та кінетичних залежностей сигналу відгуку багатошарових структур при адсорбції газів. Використовуючи експериментально отримані ізотерми адсорбції газів, проведено розрахунок теплоти адсорбції для молекул водню (0,096 ЕВ) та для сірководню (0,084 ЕВ). Отримані значення теплоти адсорбції газів вказують на механізм фізичної адсорбції в досліджуваному діапазоні концентрації газів для багатошарових газочутливих структур. При досліджені впливу пари води на електрофізичні властивості багатошарових структур виявлено чутливість даних структур до в діапазоні відносної вологості 10 - 90 % (рис.Проведені дослідження показали, що частинки міді на поверхні ПК складаються з мікроагрегатів розмірами 0,1-0,2 та 0,5-1,2 мкм, які, в свою чергу, складаються з менших мікрочастинок розміром (30-50 нм). Методом вторинної іонної мас-спектрометрії (SNMS) досліджено розподіл хімічних елементів по глибині та виявлено, що розподіл мікрочастинок міді по глибині ПК має характерний максимум на поверхні пористого кремнію і рівномірний спад по глибині пор. Дослідження модифікованих каталітичних електродів показало, що мікрочастинки WO3 знаходяться в основному на поверхні Pd електроду. Таким чином, недоліком даних зразків є невелика кількість циклів роботи з сірководнем, але, завдяки використанню Al електроду, дані структури можливо застосовувати, як дешеві датчики сигнального типу. В цьому випадку спостерігається значне зростання газової чутливості до сірководню в діапазоні 1-50 ppm багатошарових структур на основі ПК при кімнатних температурах (рис.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ