CC BY
17МАТЕРИАЛЫ ЭЛЕКТРОНИКИ ELECTRONICS MATERIALS
Научная статья
УДК [539.211:546.28]:62-405.8
doi:10.24151/1561-5405-2023-28-1-7-16
Исследование реакционной способности структуры por-Si/Pd по отношению к парам этанола
Г. О. Силаков1, Е. Н. Лазоркина1, С. А. Гаврилов1, 1 12 О. В. Воловликова , А. В. Железнякова , А. А. Дудин
1 Национальный исследовательский университет «МИЭТ», г. Москва, Россия
Институт нанотехнологий микроэлектроники Российской академии наук, г. Москва, Россия
Аннотация. На сегодняшний день наиболее используемым типом сенсоров паров этанола являются резистивные газовые сенсоры на основе полупроводников. Применение в качестве чувствительной структуры пористого кремния, например por-Si/Pd, сформированной металл-стимулированным травлением, позволяет формировать чувствительный элемент и электронную обвязку в едином технологическом процессе. В работе показана возможность формирования резистивных газовых сенсоров методом металл-стимулированного химического травления кремния. Сформированы экспериментальные образцы на основе пористого кремния p- и «-типа проводимости. Представлено эмпирическое объяснение механизма чувствительности к этанолу исследуемых структур. Показана возможность формирования чувствительной структуры и электронной обвязки в едином технологическом процессе.
Ключевые слова: пористый кремний, металл-стимулированное химическое травление, резистивные газовые сенсоры
Финансирование работы: работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект № 20-32-90193).
Для цитирования: Исследование реакционной способности структуры por-Si/Pd по отношению к парам этанола / Г. О. Силаков, Е. Н. Лазоркина, С. А. Гаврилов и др. // Изв. вузов. Электроника. 2023. Т. 28. № 1. С. 7-16. https://doi.org/10.24151/ 1561-5405-2023-28-1-7-16
© Г. О. Силаков, Е. Н. Лазоркина, С. А. Гаврилов, О. В. Воловликова, А. В. Железнякова, А. А. Дудин, 2023
Original article
Investigation of the reactive capability of the por-Si/Pd structure to the ethanol vapors
G. O. Silakov1, E. N. Lazorkina1, S. A. Gavrilov1,
* 1 1 * 2 O. V. Volovlikova , A. V. Zheleznyakova , A. A. Dudin
1National Research University of Electronic Technology, Moscow, Russia
2
Institute of Nanotechnology of Microelectronics of the Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia
Abstract. Today, the most widely used type of ethanol vapor sensors are resistive gas sensors based on semiconductors. The use of a porous silicon, e. g. por-Si/Pd, formed by metal-stimulated etching, as sensitive structure allows the formation of a sensitive element and an electronic binding in a single technological process. In this work, the possibility of forming resistive gas sensors by metal-stimulated chemical etching of silicon is shown. Experimental samples based on porous silicon of p and n type of conductivity have been formed. An empirical explanation of the mechanism of the studied structures' sensitivity to ethanol is presented. The possibility of forming a sensitive structure and electronic binding in a single technological process is shown.
Keywords, porous silicon, metal-stimulated chemical etching, resistive gas sensors
Funding: the work has been supported by the Russian Foundation for Basic Research (project No. 20-32-90193).
For citation: Silakov G. O., Lazorkina E. N., Gavrilov S. A., Volovlikova O. V., Zheleznyakova A. V., Dudin A. A. Investigation of the reactive capability of the por-Si/Pd structure to the ethanol vapors. Proc. Univ. Electronics, 2023, vol. 28, no. 1, pp. 7-16. https://doi.org/ 10.24151/1561-5405-2023-28-1-7-16
Введение. В настоящее время детектирование паров этанола C2H5OH является актуальной исследовательской задачей. Как правило, для контроля паров этанола используют резистивные газовые сенсоры на основе полупроводников [1-3], которые характеризуются высокой чувствительностью, стабильностью, простотой интеграции в электронные устройства, низким энергопотреблением [4], а также имеют низкую стоимость. Разработка методики формирования чувствительной структуры с использованием стандартной кремниевой технологии позволит создать интегральный газовый сенсор с возможностью формирования чувствительного элемента и электронной схемы обработки сигнала в едином технологическом процессе.
В работах [5-9] рассмотрены сенсоры на основе пористого кремния (por-Si), сформированного электрохимическим методом. Внедрение в полупроводниковую матрицу наночастиц палладия приводит к эффекту усиления чувствительности сенсорной структуры [10]. Функционализация por-Si металлическими частицами может быть осуществлена различными способами. Например, при формировании por-Si с последующим осаждением частиц (por-Si/Ме) [11-13] сначала методом анодного электрохимического травления изготавливают пористый слой. Затем с использованием растворов солей бла-
городных металлов методом катодного осаждения помещают металлические наноча-стицы на дно пор. Однако такой способ формирования структур por-Si/Ме требует внешнего источника тока. Вследствие этого возникает проблема однородного токопод-вода к формируемой поверхности пористого слоя. Кроме того, область формирования пористого слоя ограничена геометрическими размерами используемых электрохимических ячеек, также ограничены возможности групповой обработки пластин [11].
Альтернатива двухступенчатому формированию структуры por-Si/Me - металл-стимулированное химическое травление (Metal Assisted Chemical Etching, MACE) с благородными металлами (Ag, Au, Pd). В этом случае наночастицы металла выступают в роли катода по отношению к кремниевой подложке [14], а также остаются на стенках и дне пор [15]. В итоге сокращается число технологических операций. Данный метод позволяет формировать кремниевые структуры с широким спектром геометрических параметров (нити, мезо- и макропористый кремний) [15], а также одновременно обрабатывать большое количество пластин.
Цель настоящей работы - получение структур por-Si/Pd методом MACE для формирования чувствительного слоя резистивного газового сенсора, установление механизма детектирования этанола, а также исследование чувствительности таких структур.
Методика эксперимента. Для разработки высокочувствительного слоя газового сенсора на основе por-Si, функционализированного благородными металлами, необходимо понимать механизм взаимодействия паров этанола с сенсорным слоем [16]. Сначала молекулы кислорода из воздуха хемосорбируются на поверхности полупроводника. Хемосорбированный кислород оттягивает на себя электронную плотность, что приводит к образованию анионов кислорода. Таким образом формируется ионный слой вдоль поверхности полупроводника. Далее при взаимодействии молекул этанола с ионным слоем происходит окислительно-восстановительная реакция, в результате которой электроны инжектируются в полупроводник. Это приводит к уменьшению сопротивления структуры.
Анион кислорода имеет три формы: O2, и O2 . При низких рабочих температурах (менее 150 °С) преобладает форма O¡ . Уравнения реакции на поверхности полупроводника имеют вид
O2 (газ) ^ O2 (адс);
O2 (адс.) + ^ O¡ (адс.);
7O¡ (адс.) + C2H5OH ^ 2H2O + 3CO2 + 14e .
В работе [17] показано, что структура por-Si/Pd имеет свойство электроокисления водных растворов этанола. Поэтому для структуры por-Si/Pd возможен еще один механизм - электроокисление адсорбированных молекул этанола в приповерхностном слое атмосферной влаги на наночастицах палладия.
Для проведения эксперимента структуры por-Si/Pd формировали на кремнии марки КДБ-0,01 и КЭС-0,01. Ориентация поверхности пластины монокристаллического кремния: (100) для ^-типа и (001) для n-типа проводимости. На поверхность пластин, предварительно обработанных в перекисно-аммиачном растворе и 40%-ном растворе HF, наносили частицы палладия. Пластину погружали в водный раствор 0,5 г/л PdCl2 и 20 мл/л HCl на 30 мин при температуре 25 °C для равномерного нанесения сплошной пленки палладия. Наноструктурированные слои формировали в растворе
HF (40 %):H2O2 (30 %):H2O (25/10/4 в объеме). Для образца ^-por-Si/Pd длительность формирования составила 60 мин, для образца n-por-Si/Pd - 120 мин.
Электрический контакт к образцу обеспечивали с помощью тонкой медной проволоки и токопроводящего клея. Измерения ВАХ проводили на установке Autolab PGSTAT302N в циклическом режиме. Частота измерений составила 3 Гц. ВАХ структур пористый кремний / металл измеряли в интервале напряжений 0-3 В при значениях тока 0-5 мА. Исследования ВАХ проводили на воздухе, в парах этанола (95 %) и в парах воды при комнатной температуре в герметичном боксе объемом 4,5 • 10-3 м3. В боксе находились одновременно исследуемый образец и сосуд с испаряющейся жидкостью (объем жидкости 10 мл, площадь поверхности испарения 2 см2). Образцы в боксе освещали галогеновой лампой (JCDR 50W). Концентрацию этанола рассчитывали с использованием ПО Smath Studio. Сначала измеряли скорость испарения этанола при задан_^
ных условиях. Она составила 5,3 • 10 г/мин. Затем, зная плотность и массу испарившегося за время измерений этанола, а также объем бокса, рассчитывали концентрацию. Она составила 6,5 105 ppm. Морфологию образцов исследовали с помощью растрового электронного микроскопа (РЭМ) Helios NanoLab 650. Обработку результатов проводили с применением свободно распространяемого ПО Fiji.
Результаты и их обсуждение. На рис. 1 представлены РЭМ-изображения сформированных структур. Данные, полученные в результате анализа РЭМ-изображений, приведены в таблице. Анализируя РЭМ-изображения поверхности сформированных образцов, рассчитывали преобладающий диаметр пор, а также количество пор на единицу площади поверхности образца (плотность пор).
а б
Рис. 1. РЭМ-изображения образцов por-Si/Pd, сформированных на подложке p-типа (а) и n-типа (б) проводимости (белым выделена часть морфологии в масштабе 5 мкм) Fig. 1. SEM image of por-Si/Pd samples, formed on a p (a) and n (b) type of substrate conductivity (a part of the morphology on a scale of 5 |im is highlighted in white)
Морфология образцов Morphology of samples
Параметр ^-por-Si/Pd n-por-Si/Pd
Толщина структурированного слоя, мкм 70±5 25±5
Преобладающий диаметр пор, мкм 0,15 0,77
Плотность пор, шт./мкм 22 18
Установлено, что при формировании структур p-por-Si/Pd методом МАСЕ образуется большее число пор меньшего диаметра по сравнению с n-por-Si/Pd. Известно [18], что скорость роста пор в глубь подложки в образце p-типа выше вследствие того, что скорость процесса MACE зависит от концентрации дырок на границе металл / полупроводник. Для образца n-por-Si/Pd скорость растворения уже сформированных пор выше скорости роста пор в глубь подложки. Это приводит к тому, что толщина пористого слоя в образце n-типа значительно ниже. В то же время в образце n-типа несколько пор, растравливаясь в области вершины, могут объединяться в одну. Этим объясняется больший преобладающий диаметр пор по сравнению с образцом p-типа. В результате измерений I(t) при U = 2 В в течение длительного времени (более 30 мин) установлено, что под действием внешнего поля не происходит роста или падения тока, обусловленного возможным окислением слоя пористого кремния.
Поскольку для резистивных газовых сенсоров основным измеряемым параметром является сопротивление, удобнее анализировать не ВАХ, а общее сопротивление структуры Яобщ, рассчитанное по закону Ома через ВАХ. На рис. 2 представлены зависимости, полученные в результате анализа ВАХ образцов, в полулогарифмическом масштабе.
Рис. 2. Зависимости Лобщ(0 для образцов, сформированных на подложке p-типа (а) и n-типа (б) проводимости (■ - воздух; • - этанол; ▲ - вода) Fig. 2. Dependences Лобц(0 for a samples formed on a substrate of p type conductivity (a) and n type conductivity (b) (■ - air; • - C2H5OH; ▲ - H2O)
Из полученных данных следует, что для исследуемых структур наблюдается отклик на пары этанола. Сопротивление структуры в парах этанола снижается по сравнению с сопротивлением структуры на воздухе. Установлено, что для структур, сформированных на кремнии n-типа, значение общего сопротивления Яобц на порядок меньше, чем для структур, сформированных на кремнии p-типа. ВАХ характеризуются воспроизводимостью - после десорбции продуктов с поверхности пористого слоя повторные измерения показывают аналогичные значения ВАХ.
Полупроводниковые резистивные газовые сенсоры можно описать в виде эквивалентной схемы [19] с двумя параллельными резисторами, представляющими собой пористый слой Яп с и монокристаллическую подложку ^мп. Протекающий через слой ^м п ток неизменен, тогда как ток через слой Япс изменяется при контакте пористого слоя с исследуемыми газами. В этом случае монокристаллическая подложка является ограничивающим фактором для чувствительности таких структур. Изменение тока через пористый слой может быть зафиксировано вследствие взаимодействия с исследуемыми газами как полупроводника, так и металлических наночастиц. В результате химических реакций
газа с пористым слоем и металлическими наночастицами изменяется концентрация носителей заряда и конфигурация области пространственного заряда [20].
Таким образом, на основании существующих теоретических представлений и экспериментальных данных механизм чувствительности структур рог-Б1/Рё к парам этанола можно описать следующим образом:
- адсорбированная влага из воздуха создает тонкую пленку на поверхности рог-Б1/Рё;
- этанол и вода, содержащиеся в растворе, испаряются из емкости, молекулы этанола и воды хемосорбируются пористым слоем;
- происходит реакция электроокисления хемосорбированных молекул этанола на структуре рог-Б1/Рё:
для этанола [17]
С2Ы5ОИ V СИ3ОН Vе СНх СО Vе 2С02;
для воды [21]
НО V1-02 + 2Н++ 2е_.
В области контакта Рё/Б1 падающие фотоны поглощаются наночастицами палладия. При этом происходит возбуждение поверхностного плазмонного резонанса. Это приводит к инжекции электронов из палладия в зону проводимости кремния. Дефицит электронов на наночастицах палладия приводит к реакции электроокисления молекулы этанола. В результате частицы палладия возвращаются в стабильное состояние. В то же время кремний поглощает фотоны с энергией, превышающей ширину запрещенной зоны. В итоге образуются электронно-дырочные пары, которые разделяются и мигрируют к границе раздела кремний / хемосорбированный этанол. На границе раздела также происходит электроокисление молекул этанола. Инжекция электронов в результате электроокисления этанола на наночастицах палладия и на границе раздела кремний / хемосорбированный этанол приводит к уменьшению сопротивления структуры. Фиксируются рост тока и снижение ^общ. Для ^-рог-Б1/Рё наблюдаются значения Rобщ на порядок выше, чем для и-рог-Б1/Рё, в связи с рекомбинацией неосновных носителей заряда электронов, инжектированных в полупроводник [22].
Из анализа В АХ установлено (рис. 3), что образцы малочувствительны к парам воды в связи с наличием пленки адсорбированной из воздуха влаги на поверхности пористой структуры. При измерениях на воздухе фактически проводится измерение электроокисления пленки адсорбированной влаги. Увеличение толщины этой пленки при измерении в парах воды не дает эффекта увеличения чувствительности структур, в связи с чем не наблюдается роста Rобщ.
Один из основных параметров газовых сенсоров - чувствительность структуры к исследуемым газам, которая рассчитывается по формуле [10]
Рис. 3. Экспериментальные ВАХ: ■ - цикл 1; • - цикл 2; ▲ - цикл 3 Fig. 3. Experimental current-voltage characteristics: ■ - cycle 1; • - cycle 2; ▲ - cycle 3
Sr =
R - R
Rb
где Rb - значение сопротивления на воздухе; Rr - значение сопротивления в исследуемом газе.
В исследованном диапазоне напряжений максимальные значения SR наблюдаются при напряжении в диапазоне U = 0,5... 1,5 В. Получены следующие усредненные значения SR пористого слоя к парам этанола и воды: для p-por-Si/Pd соответственно 0,95 и 0,06; для n-por-Si/Pd - соответственно 0,45 и 0,3.
Для газовых сенсоров важен такой параметр, как быстродействие. В ходе анализа полученных ВАХ установлено, что реакция структуры наблюдается начиная с 0,3 с. Для большей точности необходимо провести эксперимент с высокочастотным измерением ВАХ.
Заключение. Проведенные исследования показали, что для образца n-por-Si/Pd значения чувствительности пористого слоя SR ниже, чем для образца p-por-Si/Pd. Это объясняется тем, что в связи с высоким уровнем легирования подложки (удельное сопротивление Rya = 0,01 Ом-см) инжекция дополнительных электронов не дает существенного увеличения проводимости. Полученные значения чувствительности к парам этанола сравнимы с имеющимися датчиками на основе оксида олова [23]. Однако согласно литературным данным рабочая температура достигает 300 °С, тогда как представленная в работе структура por-Si/Pd показывает сенсорные свойства при комнатной температуре.
Таким образом, структура por-Si/Pd, сформированная методом МАСЕ, перспективна для использования в качестве резистивных сенсоров паров этанола.
Литература
1. Ethanol sensing properties and reduced sensor resistance using porous Nb2O5-TiO2 n-n junction nanofibers / G. Li, X. Zhang, H. Lu et al. // Sensors and actuators B: Chemical. 2019. Vol. 283. P. 602-612. https://doi.org/10.1016/j.snb.2018.12.074
2. Boroujerdi R., Paul R. Introducing graphene-indium oxide electrochemical sensor for detecting ethanol in aqueous samples with CCD-RSM optimization // Chemosensors. 2022. Vol. 10. Iss. 2. Art. No. 42. https://doi.org/10.3390/chemosensors10020042
3. Wang C., Li R., Feng L., Xu J. The SnO2/MXene composite ethanol sensor based on MEMS platform // Chemosensors. 2022. Vol. 10. Iss. 3. Art. No. 109. https://doi.org/10.3390/chemosensors10030109
4. Charishma A., Veena Devi Shastrimath V., Pinto R. An ethanol sensor review: Materials, techniques and performance // Sahyadri International Journal of Research. 2017. Vol. 3. Iss. 1. P. 37-46.
5. Barillaro G., Nannini A., Pieri F. APSFET: a new, porous silicon-based gas sensing device // Sensors and Actuators B: Chemical. 2003. Vol. 93. Iss. 1-3. P. 263-270. https://doi.org/10.1016/S0925-4005(03)00234-X
6. Observation of oxygen gas effect on porous silicon-based sensors / S. Khoshnevis, R. S. Dariani, M. E. Azim-Araghi et al. // Thin Solid Films. 2006. Vol. 515. Iss. 4. P. 2650-2654. https://doi.org/10.1016/ j.tsf.2006.05.044
7. Yousif A. A., Abed H. R., Alwan A. M. Different electrode configurations for NH3 gas sensing based on macro porous silicon layer // Silicon. 2022. Vol. 14. P. 3269-3280. https://doi.org/10.1007/s12633-021-01058-8
8. Design and fabrication of hydrogen sulfide (H2S) gas sensor using PtSi/porous n-Si Schottky diode / H. D. Fard, S. Khatami, N. Izadi et al. // Sens. Mater. 2013. Vol. 25. Iss. 5. P. 297-308.
9. Гаман В. И. Физика полупроводниковых газовых сенсоров: монография. Томск: Изд-во науч.-техн. литературы, 2012. 110 с.
10. Saha H. Porous silicon sensors - elusive and erudite // International Journal on Smart Sensing and Intelligent Systems. 2008. Vol. 1. Iss. 1. P. 34-56. https://doi.org/10.21307/ijssis-2017-277
11. Preparation of porous silicon by electrochemical etching methods and its morphological and optical properties / J. Xu, Sh. Liu, Y. Yang et al. // Int. J. Electrochem. Sci. 2019. Vol. 14. Iss. 6. P. 5188-5199. https://doi.org/10.20964/2019.06.10
12. Kuntyi O., Zozulya G., Shepida M. Porous silicon formation by electrochemical etching // Advances in Materials Science and Engineering. 2022. Vol. 2022. Art. ID: 1482877. https://doi.org/10.1155/2022/1482877
13. PolisskiS. Porous silicon / noble metal nanocomposites for catalytic applications: diss. for the PhD (Chem. and Mater. Sci.). Bath, 2010. 163 p.
14. Получение гидрофобного пористого кремния с помощью металл-стимулированного травления в присутствии Pd-катализатора / О. В. Воловликова, С. А. Гаврилов, Г. О. Силаков и др. // Электрохимия. 2019. Т. 55. № 12. С. 1452-1462. https://doi.org/10.1134/S0424857019120181
15. Влияние температуры формирования на морфологию por-Si, получаемого методом Pd-стимулированного химического травления / Г. О. Силаков, О. В. Воловликова, С. А. Гаврилов и др. // Физика и техника полупроводников. 2020. Т. 54. № 8. С. 743-747. https://doi.org/10.21883/ FTP.2020.08.49645.9356
16. Zeng W., Liu T., Wang Zh. UV light activation of TiO2-doped SnO2 thick film for sensing ethanol at room temperature // Materials Transactions. 2010. Vol. 51. Iss. 2. P. 243-245. https://doi.org/10.2320/ matertrans.MC200904
17. Tailoring porous/filament silicon using the two-step Au-assisted chemical etching of p-type silicon for forming an ethanol electro-oxidation layer / O. Volovlikova, Yu. Shilyaeva, G. Silakov et al. // Nanotechnology. 2022. Vol. 33. No. 23. Art. No. 235302. https://doi.org/10.1088/1361-6528/ac56f6
18. Kolasinski K. W. The mechanism of galvanic/metal-assisted etching of silicon // Nanoscale Res. Lett. 2014. Vol. 9. Art. No. 432. https://doi.org/10.1186/1556-276X-9-432
19. Barsan N., Weimar U. Conduction model of metal oxide gas sensors // Journal of Electroceramics. 2001. Vol. 7. Iss. 3. P. 143-167. https://doi.org/10.1023/A:1014405811371
20. High sensitive NH3 sensor based on electrochemically etched porous silicon / B. A. Khaniyev, Y. Sagidolda, K. K. Dikhanbayev et al. // Cogent Engineering. 2020. Vol. 7. Iss. 1. Art. No. 1810880. https://doi.org/10.1080/23311916.2020.1810880
21. The mechanism of water oxidation: from electrolysis via homogeneous to biological catalysis / H. Dau, C. Limberg, T. Reier et al. // ChemCatChem. 2010. Vol. 2. P. 724-761. https://doi.org/10.1002/cctc.201000126
22. Lutz J., Schlangenotto H., Scheuermann U., De Doncker R. Semiconductor power devices: Physics, characteristics, reliability. Berlin; Heidelberg: Springer, 2011. XII, 536 p. https://doi.org/10.1007/978-3-642-11125-9
23. Graphene-doped tin oxide nanofibers and nanoribbons as gas sensors to detect biomarkers of different diseases through the breath / C. Sánchez-Vicente, J. P. Santos, J. Lozano et al. // Sensors. 2020. Vol. 20. Iss. 24. Art. No. 7223. https://doi.org/10.3390/s20247223
Статья поступила в редакцию 25.08.2022 г.; одобрена после рецензирования 04.10.2022 г.;
принята к публикации 29.11.2022 г.
Информация об авторах
Силаков Геннадий Олегович - инженер Института перспективных материалов и технологий Национального исследовательского университета «МИЭТ» (Россия, 124498, г. Москва, г. Зеленоград, пл. Шокина, 1), [email protected]
Лазоркина Елена Николаевна - студентка Национального исследовательского университета «МИЭТ» (Россия, 124498, г. Москва, г. Зеленоград, пл. Шокина, 1), [email protected]
Гаврилов Сергей Александрович - доктор технических наук, профессор, директор Института перспективных материалов и технологий, проректор по научной работе Национального исследовательского университета «МИЭТ» (Россия, 124498, г. Москва, г. Зеленоград, пл. Шокина, 1), [email protected]
Воловликова Ольга Вениаминовна - кандидат технических наук, доцент Института перспективных материалов и технологий Национального исследовательского университета «МИЭТ» (Россия, 124498, г. Москва, г. Зеленоград, пл. Шокина, 1), 5ilova87@gmail .com
Железнякова Анастасия Вячеславовна - кандидат технических наук, доцент кафедры материалов функциональной электроники Национального исследовательского университета «МИЭТ» (Россия, 124498, г. Москва, г. Зеленоград, пл. Шоки-на, 1), [email protected]
Дудин Александр Александрович - кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник отдела разработок и исследований микро- и наносистем Института нанотехнологий микроэлектроники Российской академии наук (Россия, 115487, г. Москва, ул. Нагатинская, 16А, корп. 1), [email protected]
References
1. Li G., Zhang X., Lu H., Yan Ch., Chen K., Lu Hon., Gao J., Yang Zh., Zhu G., Wang Ch., He Z. Ethanol sensing properties and reduced sensor resistance using porous Nb2O5-TiO2 n-n junction nanofibers. Sensors and actuators B: Chemical, 2019, vol. 283, pp. 602-612. https://doi.org/10.1016/j.snb.2018.12.074
2. Boroujerdi R., Paul R. Introducing graphene-indium oxide electrochemical sensor for detecting ethanol in aqueous samples with CCD-RSM optimization. Chemosensors, 2022, vol. 10, iss. 2, art. no. 42. https://doi.org/10.3390/chemosensors10020042
3. Wang C., Li R., Feng L., Xu J. The SnO2/MXene composite ethanol sensor based on MEMS platform. Chemosensors, 2022, vol. 10, iss. 3, art. no. 109. https://doi.org/10.3390/chemosensors10030109
4. Charishma A., Veena Devi Shastrimath V., Pinto R. An ethanol sensor review: Materials, techniques and performance. Sahyadri International Journal of Research, 2017, vol. 3, iss. 1, pp. 37-46.
5. Barillaro G., Nannini A., Pieri F. APSFET: A new, porous silicon-based gas sensing device. Sensors and Actuators B: Chemical, 2003, vol. 93, iss. 1-3, pp. 263-270. https://doi.org/10.1016/S0925-4005(03)00234-X
6. Khoshnevis S., Dariani R. S., Azim-Araghi M. E., Bayindir Z., Robbie K. Observation of oxygen gas effect on porous silicon-based sensors. Thin Solid Films, 2006, vol. 515, iss. 4, pp. 2650-2654. https://doi.org/ 10.1016/j.tsf.2006.05.044
7. Yousif A. A., Abed H. R., Alwan A. M. Different electrode configurations for NH3 gas sensing based on macro porous silicon layer. Silicon, 2022, vol. 14, pp. 3269-3280. https://doi.org/10.1007/s12633-021-01058-8
8. Fard H. D., Khatami S., Izadi N., Koohsorkhi J., Rashidi A. Design and fabrication of hydrogen sulfide (H2S) gas sensor using PtSi/porous n-Si Schottky diode. Sens. Mater., 2013, vol. 25, iss. 5, pp. 297-308.
9. Gaman V. I. Physics of semiconductor gas sensors, monograph. Tomsk, Izd-vo nauch.-tekhn. literatury Publ., 2012. 110 p. (In Russian).
10. Saha H. Porous silicon sensors - elusive and erudite. International Journal on Smart Sensing and Intelligent Systems, 2008, vol. 1, iss. 1, pp. 34-56. https://doi.org/10.21307/ijssis-2017-277
11. Xu J., Liu Sh., Yang Y., Li J., Tian Ch., Guo L., Zhang Sh., Liu Y., Zhong Zh. Preparation of porous silicon by electrochemical etching methods and its morphological and optical properties. Int. J. Electrochem. Sci., 2019, vol. 14, iss. 6, pp. 5188-5199. https://doi.org/10.20964/2019.06.10
12. Kuntyi O., Zozulya G., Shepida M. Porous silicon formation by electrochemical etching. Advances in Materials Science and Engineering, 2022, vol. 2022, art. ID: 1482877. https://doi.org/10.1155/2022/1482877
13. Polisski S. Porous silicon /noble metal nanocomposites for catalytic applications, diss. for the PhD (Chem. and Mater. Sci.). Bath, 2010. 163 p.
14. Volovlikova O. V., Gavrilov S. A., Silakov G. O., Zheleznyakova A. V., Dudin A. A. Preparation of hydrophobic porous silicon by metal-assisted etching with Pd-catalyst. Russ. J. Electrochem., 2019, vol. 55, iss. 12, pp. 1186-1195. https://doi.org/10.1134/S1023193519120188
15. Silakov G. O., Volovlikova O. V., Gavrilov S. A., Zheleznyakova A. V., Dudin A. A. Influence of the formation temperature of the morphology of por-Si formed by Pd-assisted chemical etching. Semiconductors, 2020, vol. 54, iss. 8, pp. 890-894. https://doi.org/10.1134/S1063782620080229
16. Zeng W., Liu T., Wang Z. UV light activation of TiO2-doped SnO2 thick film for sensing ethanol at room temperature. Materials Transactions, 2010, vol. 51, iss. 2, pp. 243-245. https://doi.org/10.2320/ matertrans.MC200904
17. Volovlikova O., Shilyaeva Yu., Silakov G., Fedorova Yu., Maniecki T., Gavrilov S. Tailoring porous/filament silicon using the two-step Au-assisted chemical etching of p-type silicon for forming an ethanol electro-oxidation layer. Nanotechnology, 2022, vol. 33, no. 23, art. no. 235302. https://doi.org/10.1088/1361-6528/ac56f6
18. Kolasinski K. W. The mechanism of galvanic/metal-assisted etching of silicon. Nanoscale Res. Lett., 2014, vol. 9, art. no. 432. https://doi.org/10.1186/1556-276X-9-432
19. Barsan N., Weimar U. Conduction model of metal oxide gas sensors. Journal of Electroceramics, 2001, vol. 7, iss. 3, pp. 143-167. https://doi.org/10.1023/A:1014405811371
20. Khaniyev B. A., Sagidolda Y., Dikhanbayev K. K., Tileu A. O., Ibraimov M. K. High sensitive NH3 sensor based on electrochemically etched porous silicon. Cogent Engineering, 2020, vol. 7, iss. 1, art. no. 1810880. https://doi.org/10.1080/23311916.2020.1810880
21. Dau H., Limberg C., Reier T., Risch M., Roggan S., Strasser P. The mechanism of water oxidation: from electrolysis via homogeneous to biological catalysis. ChemCatChem, 2010, vol. 2, pp. 724-761. https://doi.org/10.1002/cctc.201000126
22. Lutz J., Schlangenotto H., Scheuermann U., De Doncker R. Semiconductor power devices: Physics, characteristics, reliability. Berlin, Heidelberg, Springer, 2011. xii, 536 p. https://doi.org/10.1007/978-3-642-11125-9
23. Sánchez-Vicente C., Santos J. P., Lozano J., Sayago I., Sanjurjo J. L., Azabal A., Ruiz-Valdepeñas S. Graphene-doped tin oxide nanofibers and nanoribbons as gas sensors to detect biomarkers of different diseases through the breath. Sensors, 2020, vol. 20, iss. 24, art. no. 7223. https://doi.org/10.3390/s20247223
The article was submitted 25.08.2022; approved after reviewing 04.10.2022;
accepted for publication 29.11.2022.
Information about the authors
Gennady O. Silakov - Engineer of the Institute of Advanced Materials and Technologies, National Research University of Electronic Technology (Russia, 124498, Moscow, Zelenograd, Shokin sq., 1), [email protected]
Elena N. Lazorkina - Student of the Institute of Advanced Materials and Technologies, National Research University of Electronic Technology (Russia, 124498, Moscow, Zelenograd, Shokin sq., 1), [email protected]
Sergey A. Gavrilov - Dr. Sci. (Eng.), Prof., Director of the Institute of Advanced Materials and Technologies, Vice-Rector for Research, National Research University of Electronic Technology (Russia, 124498, Moscow, Zelenograd, Shokin sq., 1), [email protected]
Olga V. Volovlikova - Cand. Sci. (Eng.), Assoc. Prof. of the Institute of Advanced Materials and Technologies, National Research University of Electronic Technology (Russia, 124498, Moscow, Zelenograd, Shokin sq., 1), [email protected]
Anastasiya V. Zheleznyakova - Cand. Sci. (Eng.), Assoc. Prof., Assoc. Prof. of the Materials of Functional Electronics Department, National Research University of Electronic Technology (Russia, 124498, Moscow, Zelenograd, Shokin sq., 1), [email protected]
Alexander A. Dudin - Cand. Sci. (Phys.-Math.), Senior Scientific Researcher of the Development and Research of Micro- and Nanosystems Department, Institute of Nano-technology of Microelectronics of the Russian Academy of Sciences (Russia, 115487, Moscow, Nagatinskaya st., 16A, bld. 1), [email protected]
