Научная статья на тему 'ОПТОЭЛЕКТРОННЫЙ СЕНСОР ВОДОРОДА НА ОСНОВЕ ГЕТЕРОСТРУКТУР И ДИОДОВ ШОТТКИ ПОЛУПРОВОДНИКОВ А3В5'

ОПТОЭЛЕКТРОННЫЙ СЕНСОР ВОДОРОДА НА ОСНОВЕ ГЕТЕРОСТРУКТУР И ДИОДОВ ШОТТКИ ПОЛУПРОВОДНИКОВ А3В5 Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

CC BY
42
8
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ СЕНСОР / ДИОД ШОТТКИ / ГЕТЕРОСТРУКТУРА / ДЕТЕКТИРОВАНИЕ ВОДОРОДА / БЕЗОПАСНОСТЬ

Аннотация научной статьи по нанотехнологиям, автор научной работы — Салихов Хафиз Миргазямович, Стоянов Н.Д.

Представлены результаты работы по созданию сенсора водорода нового типа на основе фотоэлектрического принципа регистрации, предназначенного для использования в водородной энергетике. В основе концепции лежит использование зависимости фотоЭДС гетероструктур A3B5 с Pd контактом от концентрации водорода. Данное влияние при комнатной температуре на несколько порядков сильнее, чем влияние водорода на электрические характеристики существующих твердотельных сенсоров. Создана оригинальная конструкция малогабаритного сенсора, включающая оптопару светодиод - фоточувствительный элемент с Pd контактом.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по нанотехнологиям , автор научной работы — Салихов Хафиз Миргазямович, Стоянов Н.Д.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Hydrogen optoelectronic sensor based on heterostructures and Shottki diodes of III-V semiconductors

We present results of creation of a new type hydrogen sensor based on photoelectric registration principle, intended for hydrogen power engineering. Main idea is using of dependence of the photo induced current on hydrogen content which was observed in III-V heterostructures with Pd contact. It was established that at a room temperature photosensitivity to H2 flow is several orders stronger than influence of hydrogen on electric characteristics of state-of-art sensors. Developed original miniature optoelectronic sensor includes light emitting diode and Shottky diode with Pd contact.

Текст научной работы на тему «ОПТОЭЛЕКТРОННЫЙ СЕНСОР ВОДОРОДА НА ОСНОВЕ ГЕТЕРОСТРУКТУР И ДИОДОВ ШОТТКИ ПОЛУПРОВОДНИКОВ А3В5»

Статья поступила в редакцию 22.09.2009. Ред. рег. № 605

The article has entered in publishing office 22.09.2009. Ed. reg. No 605

PACS: 81.05.EA, 07.07.DF

ОПТОЭЛЕКТРОННЫЙ СЕНСОР ВОДОРОДА НА ОСНОВЕ ГЕТЕРОСТРУКТУР И ДИОДОВ ШОТТКИ ПОЛУПРОВОДНИКОВ А3В5

Х.М. Салихов, Н.Д. Стоянов

Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН 194021 Санкт-Петербург, ул. Политехническая, д. 26 Тел. (812) 292-71-29, факс: (812) 297-00-06, e-mail: ns@iropt6.ioffe.ru

Заключение совета рецензентов: 10.10.09 Заключение совета экспертов: 15.10.09 Принято к публикации: 20.10.09

Представлены результаты работы по созданию сенсора водорода нового типа на основе фотоэлектрического принципа регистрации, предназначенного для использования в водородной энергетике. В основе концепции лежит использование зависимости фотоЭДС гетероструктур A3B5 с Pd контактом от концентрации водорода. Данное влияние при комнатной температуре на несколько порядков сильнее, чем влияние водорода на электрические характеристики существующих твердотельных сенсоров. Создана оригинальная конструкция малогабаритного сенсора, включающая оптопару светодиод - фоточувствительный элемент с Pd контактом.

Ключевые слова: фотоэлектрический сенсор, диод Шоттки, гетероструктура, детектирование водорода, безопасность.

HYDROGEN OPTOELECTRONIC SENSOR BASED ON HETEROSTRUCTURES AND SHOTTKI DIODES OF III-V SEMICONDUCTORS

Kh.M. Salikhov, N.D. Stoyanov

Ioffe Physical-technical institute, RAS 26 Polytechnicheskaya str., St. Petersburg, 194021, Russia Tel. (812) 292-71-29, fax: (812) 297-00-06, e-mail: ns@iropt6.ioffe.ru

Referred: 10.10.09 Expertise: 15.10.09 Accepted: 20.10.09

We present results of creation of a new type hydrogen sensor based on photoelectric registration principle, intended for hydrogen power engineering. Main idea is using of dependence of the photo induced current on hydrogen content which was observed in III-V heterostructures with Pd contact. It was established that at a room temperature photosensitivity to H2 flow is several orders stronger than influence of hydrogen on electric characteristics of state-of-art sensors. Developed original miniature optoelectronic sensor includes light emitting diode and Shottky diode with Pd contact.

Хафиз

Миргазямович Салихов

Сведения об авторе: с 1997 г. научная деятельность связана с лабораторией Инфракрасной оптоэлектроники ФТИ им. А.Ф. Иоффе и посвящена исследованию электрических и фотоэлектрических свойств диодов Шоттки на основе полупроводников Ш-У и и созданию на их основе оптоэлектронных сенсоров водорода и водородосодержащих газов.

Образование: факультет «Радиоэлектронные устройства» Казанского авиационного института (1974). В 1988 защитил кандидатскую диссертацию по исследованию фотоэлектрических и рекомбинационных свойств полупроводников А3В5.

Публикации: свыше 50.

Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 10 (78) 2009 © Научно-технический центр «TATA», 2009

Введение

В последние годы в связи с проблемой глобального потепления большое внимание уделяется поиску альтернативных источников энергии, при этом возник стойкий интерес к развитию водородной энергетики [1]. Наряду с проблемой генерации водорода и создания топливных элементов активно ведутся работы по созданию надежных и высокочувствительных сенсоров водорода. Такие приборы нужны для регистрации утечек водорода из топливных элементов, а также при его транспортировке и хранении. Особое внимание уделяется детектированию взрывоопасных концентраций водорода (4,7%). Другими важными требованиями к таким сенсорам являются необходимость стабильной работы при комнатной температуре, низкое энергопотребление, низкая стоимость, простота в эксплуатации и миниатюрность. Однако до настоящего времени промыш-ленно выпускаемые сенсоры водорода не отвечают требованиям водородной энергетики.

В настоящее время в литературе имеется значительное число сообщений о сенсорах водорода на основе полевых транзисторов, МОП-структур, диодов Шоттки с контактами из Pd и Р1, сенсоров на основе окислов металлов, электрохимических, термоэлектрических, полимерных и др. [2]. Такие работы ведутся во многих странах мира и в России. Основным способом детектирования в таких сенсорах является регистрация изменения электрических параметров в присутствии водорода (изменение сопротивления или емкости чувствительного элемента). Недостатками указанных выше сенсоров является необходимость нагрева чувствительного элемента (рабочие температуры в интервале 200-800° С), громоздкость, высокая стоимость и низкая селективность.

В работе предложен оригинальный фотоэлектрический способ регистрации водорода и водородосо-держащих газов. Описан малогабаритный сенсорный модуль, включающий оптопару светодиодный излучатель - фоточувствительный элемент с Pd контактом, термохолодильник и терморезистор.

Концепция оптоэлектронного сенсора водорода

В основе концепции лежит использование сильной зависимости фотоЭДС гетероструктур А3В5 с Pd контактом от концентрации водорода. Ранее нами было изучено влияние водорода на фоточувствительность диодов Шоттки с палладиевыми контактами на основе 81-8102, 1пР, ¡пваАБ [3, 4]. Оказалось, что для всех этих структур имеется общая закономерность: в газовой смеси с водородом изменение фотоЭДС при облучении структур инфракрасным светом на порядок сильнее, чем лежащее в основе существующих сенсоров влияние водорода на электрические характеристики твердотельных элементов.

В существующих твердотельных сенсорах водорода регистрируется изменение электрических характеристик (сопротивления, емкости или тока) при изменении концентрации водорода. Ряд исследований доказал, что в палладиевом слое происходит диссоциация молекул водорода на положительные ионы: Н2 Н++Н+. Вблизи поверхности полупроводника формируется положительно заряженный слой. В МДП структурах этот слой меняет ток между истоком и стоком, в диодах Шоттки меняет высоту барьера и, как следствие, емкость и ток через переход металл-полупроводник. При комнатной температуре в большинстве случаев степень изменения электрических характеристик не обеспечивает необходимую чувствительность. Влияние водорода на электрические характеристики диодов и МДП транзисторов усиливается при увеличении температуры, прежде всего из-за увеличения степени диссоциации молекул.

При освещении структуры со стороны Pd слоя фотоны генерируют пары носителей электрон-дырка. Величина возникающей фотоЭДС зависит от толщины области объемного заряда (обедненной области у поверхности), в которой происходит разделение носителей. Незначительное изменение заряженного слоя Н+ может приводить к существенному изменению толщины области объемного заряда в полупроводнике и, как следствие, к изменению фотоЭДС. Данный факт обуславливает преимущество фотоэлектрического способа регистрации водорода по сравнению с его регистрацией по изменению электрических параметров.

Полученные предварительные результаты позволили нам реализовать первый фотоэлектрический детектор на основе 81 МОП структуры [5]. Исследование 81-МОП структур на основе п- и />-81 показало, что в структурах п-типа наблюдается резкое, более чем на порядок уменьшение фотоЭДС, а в /-81 МДП структурах - увеличение фотоЭДС при воздействии импульса Н2 [6]. Было показано, что эти эффекты связаны с изменением высоты барьера Шоттки на границе Si-Pd за счет изменения заряда дипольного слоя. При этом время релаксации (восстановление фотоЭДС после воздействия Н2) составляло 1-2 мин. Время нарастания импульса фотоЭДС составило порядка 1-2 с.

На основе анализа факторов, влияющих на чувствительность фотоЭДС к водороду, были определены критерии, которым должны отвечать структуры Pd-полупроводник с точки зрения получения максимальной чувствительности:

1. Максимальная высота барьера Шоттки. Для этого необходимо, чтобы работа выхода полупроводника сильно отличалась от работы выхода Pd.

2. Максимальная эффективность генерации и разделения носителей в области объемного заряда полупроводника. Для этого необходимо использовать материалы с высоким структурным совершенством и низкой темновой концентрацией носителей заряда.

International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 10 (78) 2009

© Scientific Technical Centre «TATA», 2009

Высота барьера в диодах Шоттки определяется работой выхода и электроотрицательностью металлического контакта. На рис. 1 показаны значения высоты барьера Шоттки для прямозонных полупроводников /»-типа в зависимости от ширины запрещенной зоны [7].

12 34

Основной энергетический зазор, эВ

Рис. 1. Высота барьера для контакта Au-полупроводник в зависимости от ширины запрещенной зоны для прямозонных полупроводников Fig. 1. Dependence of the barrier height of Au-semiconductor contacts on energy band-gap of direct zone semiconductors

В лаборатории ИК оптоэлектроники ФТИ им. А.Ф. Иоффе накоплен большой опыт в технологии выращивания и исследования физических свойств наногетероструктур на основе полупроводников А3В5. Использование гетероструктур дает ряд преимуществ по сравнению с использованием кремния или других гомогенных полупроводников. Прежде всего это возможность подбора материалов, обеспечивающих оптимальную высоту барьера Шоттки с палладиевым контактом, а также возможность выращивания структурно-совершенных эпитаксиаль-ных слоев. Работа выхода Р^ а также электронное сродство и ширина запрещенной зоны некоторых полупроводниковых соединении А3В5 представлены на рис. 2.

Рис. 2. Работа выхода Pd, электронное сродство и ширина запрещенной зоны InP, GaSb и InAs Fig. 2. Work function of Pd, electron affinity and band-gap of InP, GaSb and InAs

Из представленных данных видно, что ва8Ъ р-типа и 1пАб п-типа практически не образуют барьер Шоттки с палладием. 1пР п-типа образует с Pd барьер Шоттки с обеднением приповерхностного п-слоя полупроводника (электроны из полупроводника переходят в Pd). 1пР р-типа образует с Pd барьер Шоттки с обеднением приповерхностного р-слоя полупроводника (электроны из Pd переходят в полупроводник); п-ва8Ъ образует барьер Шоттки с обеднением п-слоя полупроводника; р-1пАБ образует барьер Шоттки с обеднением р-слоя полупроводника. На основании вышесказанного было принято решение провести исследования структур с Pd контактом на основе четырех типов подложек: п-№, р-№, п-ва8Ъ и р-1пАБ. Для обеспечения максимальной эффективности генерации и разделения носителей необходимо разработать и оптимизировать технологию выращивания ге-тероструктур InGaAsSb/InP, Оа1пА$8Ь/Оа8Ь и InAsSbP/InAs с высоким структурным совершенством и минимальной концентрацией носителей в эпитакси-альных слоях, а также технологию нанесения палла-диевых контактов к этим структурам.

Отсутствие на данный момент портативных сенсоров водорода, работающих на принципе регистрации изменения фотоЭДС, связано не только с необходимостью проведения более полных исследований влияния водорода и других факторов на фотоЭДС, но также со сложностью реализации компактной конструкции, совмещающей в себе фотоэлектрический элемент и источник излучения. Успех в развитии технологии светодиодов для видимой и инфракрасной области позволил предложить оригинальную конструкцию малогабаритного (диаметром 9 мм) сенсорного модуля для водорода, включающего оптопару светодиодный элемент - фоточувствительный элемент с Pd контактом, термохолодильник и термосенсор.

Результаты экспериментов

Были подробно исследованы электрические и фотоэлектрические характеристики диодов Шоттки на основе гетероструктур Pd-InAsSbP/InAs, Pd-GaInAsP/ № и Pd-GaInAsSb/GaSb, а также механизмы влияния адсорбции водорода на эти характеристики. Как и следовало ожидать, барьер Шоттки в структуре р-типа оказался существенно выше. Отсечка прямой ветки вольт-амперной характеристики соответствует значению фв ~ 0,8 В. В структуре п-типа данная величина составила 0,3 В. Анализ показывает, что процесс токопрохождения можно охарактеризовать как процесс двойной инжекции носителей в эпитакси-альный слой. Основным процессом, определяющим величину статического темнового тока двойной ин-жекции, является рекомбинация неосновных носителей тока в различных частях структуры. При этом время жизни неравновесных носителей зависит от концентрации и положения уровней в запрещенной зоне разных слоев полупроводника.

ш

17

Измерения электрических и фотоэлектрических характеристик структур в присутствии водорода проводились в специальном сосуде с сапфировым окном при освещении монохроматическим светом из области 1-4 мкм. Смесь азота с водородом заданной концентрации подавалась в сосуд через измеритель скорости потока. Из широкого спектра инфракрасного излучения с помощью монохроматора выделялась узкая спектральная полоса.

Исследования показали, что для структуры п+-InP/n-GaInAsP/Pd фотоЭДС в присутствии Н2 в газовой смеси 0,03% уменьшается на два порядка. При этом данное уменьшение практически не зависит от длины волны излучения (рис. 3). Положительно заряженный слой Н+ на поверхности тонкого диэлектрического слоя притягивает электроны к поверхности полупроводника и смещает пространственное распределение носителей в сторону уменьшения толщины обедненной области (рис. 4). Как следствие, малое изменение концентрации водорода в среде приводит к очень сильному уменьшению фото-ЭДС. Такая структура удобна для измерения малых концентраций водорода.

Рис. 3. Спектр фотоответа диода Шоттки n+-InP/n-GaInAsP/Pd в воздухе и в газовой смеси, содержащей 0,03% H2 Fig. 3. Spectral response of Shottky diode n+-InP/n-GaInAsP/Pd measured in air and in the gas environment with 0.03% H2 content

Для структуры р+-InP/р-GaInAsP/Pd, напротив, наблюдалось увеличение фотоЭДС в присутствии водорода (рис. 5). В данном случае положительно заряженный слой Н+, притягивая электроны, увеличивает обедненную область в /-полупроводнике и, как следствие, возрастает фотоЭДС. Эту структуру удобно использовать для измерения больших концентраций водорода, при которых сигнал в структуре п-типа достигает сложно измеримых малых значений. При освещении образцов и увеличении обратного смещения, приложенного к диоду Шоттки, фо-тоток возрастает как за счет увеличения толщины области объемного заряда, так и за счет увеличения времени жизни носителей заряда при сдвиге положения уровня Ферми относительно уровней захвата.

Рис. 4. Зонная диаграмма структуры n-InP/n-GaInAsP/Pd Fig. 4. Energy band diagram of the structure n-InP/n-GaInAsP/Pd

Рис. 5. Зонная диаграмма структуры p+-InP/p-GaInAsP/Pd Fig. 5. Energy band diagram of the structure p+-InP/p-GaInAsP/Pd

Было исследовано также влияние температуры и влажности на фотоЭДС структур n+-InP/n-GaInAsP/Pd и р+-InP/р-GaInAsP/Pd. Поскольку с ростом температуры увеличивается степень диссоциации молекул водорода на положительные ионы: Н2 Н++Н+ в пал-ладиевом слое, это приводит к увеличению чувствительности фотоэлектрического элемента к водороду. С другой стороны, уменьшение величины фотоЭДС (без водорода) и увеличение темнового тока с ростом температуры усложняет измерение изменения фото-ЭДС при изменении концентрации водорода.

Для обеих структур n+-InP/n-GaInAsP/Pd и р+-InP/р-GaInAsP/Pd наблюдалось практически линейное возрастание фотоЭДС с увеличением концентрации молекул Н20 в среде. При резком увеличении влажности потока фототок достигает максимума за 1-2 с, а после выключения потока спадает за 25-30 с. Причиной такой зависимости, по нашему мнению, является адсорбция молекул воды на поверхности палладия с последующей ориентацией дипольных молекул в соответствии с типом проводимости полупроводника. В обоих случаях это приводит к увеличению ширины области объемного заряда и, соответственно, к увеличению фотоЭДС. Зависимость фо-тоЭДС от влажности создает определенные проблемы для использования исследуемых структур в каче-

International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 10 (78) 2009

© Scientific Technical Centre «TATA», 2009

стве сенсоров водорода. Однако данная проблема вполне решаема. Во-первых, одновременное использование в одном сенсоре структур р- и п-типа позволит измерять с высокой степенью селективности и концентрацию водорода, и процент влажности. Во-вторых, влажность может быть измерена точно оптическим способом с помощью оптопары светодиод - фотодиод на полосе поглощения воды (1,94 мкм или 2,7 мкм) [8], которая может быть легко интегрирована в сенсор водорода.

Изучение временных зависимостей (времена изменения фотоЭДС при включении и выключении импульса потока водорода) показало (рис. 6), что при включении потока сухого воздуха с 1% содержанием водорода фотоЭДС структуры р+-InP/р-GaInAsP/Pd достигает максимума за 1-3 с и после выключения спадает до первоначального уровня за 40-50 с. Структура освещалась белым светом со световой температурой Т = 3500 К. Таким образом, этот процесс малоинерционен и полностью обратим. Для структуры и+-InP/n-GaInAsP/Pd величина фотоЭДС уменьшается при включении потока, содержащего водород, и возвращается до исходного значения после его выключения. При этом временные параметры переходных процессов имеют те же значения (1-3 с после включения потока и 40-50 с после его выключения).

Рис. 6. Изменение фотоЭДС структуры p+-InP/p-GaInAsP/Pd во времени при включении и выключении потока сухого воздуха с 1% содержанием водорода Fig. 6. Change of photocurrent of the structure p+-InP/p-GaInAsP/Pd after switching on and switching off of dry air flow with 1% hydrogen content

В литературе [9] сообщается о существенно большей длительности переходных процессов как при включении потока с водородом (порядка 2-3 мин), так и при его выключении (до 10 мин и более), что связывалось со временем заполнения и опустошения глубоких уровней захвата в полупроводнике. Небольшие времена переходных процессов и полное восстановление фотоЭДС после отключения потока в нашем случае свидетельствует в том числе о структурном совершенстве гетероструктуры. Переходные процессы связаны практически только с временами диффузии и диссоциации водорода при включении потока и удаления водорода из структуры после его выключения.

Конструкция сенсора водорода

Ключевым элементом оптоэлектронного сенсора водорода является фотоэлектрический элемент - диод Шоттки на основе гетероструктуры А3В5 с палла-диевым контактом. Для получения максимальных значений фотоЭДС необходимо обеспечить высокую эффективность генерации и разделения носителей в области объемного заряда полупроводника. Формирование контакта Шоттки на подложках InP, GaSb или !пА8 не позволяет решить данную задачу из-за относительно высокой концентрации дефектов в стандартных подложках, выращиваемых методом Чохральского. Выращивание с помощью эпитакси-альных методов структурно совершенных тонких слоев гетероструктур позволяет добиться оптимальных условий для генерации и разделения носителей вблизи контакта палладий - полупроводник. Выращиваемые четверные твердые растворы полупроводников А3В5 должны обладать минимальной концентрацией носителей заряда и рекомбинационных уровней, связанных с деффектами. Был проведен ряд экспериментов по выращиванию структурно совершенных эпитаксиальных слоев двумя разными методами - жидкофазной эпитаксией (LPE) и газофазной эпитаксией из металлоорганических соединений (МОСУБ). Характеристики выращенных слоев исследовались с помощью ионной масс-спектроскопии, рентгеновской дифракции и измерения эффекта Холла. В результате проведенных экспериментов и исследований была разработана и оптимизирована технология выращивания структурно совершенных гетероструктур, изопериодных к подложкам InP, GaSb и МА8 [10, 11].

Диоды Шоттки формировались с помощью фотолитографии. Были сформированы элементы размером 350 мкм. Была проведена серия экспериментов по отработке нанесения качественных палладиевых слоев и золотых контактов на выращенных гетерост-руктурах. Контакты наносились методом термического испарения в вакууме после специальной химической обработки структур. Интересный метод получения палладиевых контактов к n-InP методом электрофореза представлен в [12], но в данной работе исследовалось влияние водорода только на электрические свойства диодов Шоттки.

Для получения фотоЭДС и регистрации ее изменений в присутствии водорода необходимо обеспечить управляемое облучение диода Шоттки источником электромагнитного излучения видимого или инфракрасного диапазона (рис. 7). Удобным источником для реализации компактного сенсорного модуля является светодиодный кристалл, который в отличие от источников излучения типа глобара обеспечивает излучение в сравнительно узком спектральном диапазоне. Быстродействие светодиода (порядка 10 нс) позволяет использовать импульсный режим работы с синхронным усилением сигнала детектора, что позволяет существенно улучшить соотношение сиг-

3

Ж

J '<:<

19

нал/шум. Но главными преимуществами использования светодиодного чипа в качестве источника излучения являются компактность, низкое потребление электрической энергии и большой срок службы (100 000 часов).

Фотоэлектрический элемент и светодиодный элемент монтировались на теплопроводящих подложках, изготовленных по технологии LTCC (Low Temperature Co-fired Ceramic - керамика, обожженная при низких температурах). Керамические подложки со светодиодным и фотоэлектрическим эле-

ментом с помощью токопроводящего клея крепились к термохолодильнику (элемент Пельтье) размером 3x3 мм (рис. 8).

На верхней поверхности термохолодильника монтировался бескорпусной термосенсор (терморезистор). При минимальном потреблении электрической мощности (десятки миллиампер) обеспечивается температурная стабилизация сенсора на оптимальной для проведения измерений температуре (1015° С).

Рис. 7. Схематическое изображение оптопары светодиод - фотоэлектрический элемент Fig. 7. Schematic drawing of the optopair light emitting diode - photoelectrical element

Рис. 8. Конструкция сенсорного модуля Fig. 8. Design of the sensor module

a b

Рис. 9. Фотографии опытного образца миниатюрного оптоэлектронного сенсора водорода: а - со снятой крышкой; b - с крышкой Fig. 9. Photography of experimental sample of the optoelectronic hydrogen sensor: a - with removed cap; b - with cap

Предложенная нами оригинальная конструкция (рис. 9) миниатюрного сенсорного модуля (диаметром 9 мм) оптимально решает проблему необходимости обеспечения излучения в видимой или инфракрасной области спектра и обеспечивает стабильность результатов измерений при изменении температуры окружающей среды в широком диапазоне.

Заключение

Проведенные исследования показали возможность практического применения обнаруженного нами ранее сильного влияния водорода на фотоэлектрические характеристики диодных структур с пал-ладиевым контактом. Максимальная чувствительность к водороду (уменьшение фотоЭДС более чем на два порядка) была достигнута на диодах Шоттки с Pd контактом на основе гетероструктуры n+-InP/n-GalnAsP. Для измерения больших концентраций удобнее использовать гетероструктуру p+-InP/p-GalnAsP, в которой происходит увеличение фото-ЭДС с ростом концентрации водорода за счет повышения высоты барьера Шоттки и толщины области объемного заряда. Разработана оригинальная конструкция малогабаритного сенсорного модуля для регистрации водорода, включающего оптопару светодиодный излучатель - фоточувствительный элемент с Pd контактом, термохолодильник и терморезистор. Преимуществами такого сенсорного модуля являются компактность, быстродействие, низкое энергопотребление и большой срок службы.

Список литературы

1. Меморандум столетия, 13 ноября 2006 // Альтернативная энергетика и экология - ISJAEE. 2007. № 3. С. 11.

2. Arutyunian V.M. Hydrogen sensors // ISJAEE. 2005. No. 3. P. 21-30.

3. 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. Т. 17, № 15. С. 1-4.

4. 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. Т. 26, № 10. С. 1750-1754.

5. 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. Т. 63, № 2. С. 185-190.

6. 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. Т. 20, № 10. С. 66-70.

7. Monch W. Electronic properties of semiconductor interfaces. Springer, 2004.

8. Mikhailova M., Stoyanov N., Andreev I., Zhur-tanov 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. P. 628526-1(9).

9. Lundstrom I., Shivaraman M.S., Svensson C.M. A hydrogen-sensitive Pd-gate MOS transistor // J. Appl. Phys. 1975. Vol. 46 (9). P. 3876.

10. Стоянов Н.Д., Журтанов Б.Е., Астахова А.П., Именков А.Н., Яковлев Ю.П. Высокоэффективные светодиоды спектрального диапазона 1,6-2,4 мкм для медицинской диагностики и экологического мониторинга // Физика и техника полупроводников. 2003. Т. 37, Вып. 8. С. 996-1009.

11. Астахова А.П., Головин А. С., Ильинская Н.Д., Калинина К.В., Кижаев С.С., Серебренникова О.Ю., Стоянов Н. Д., Horvath Zs.J., Яковлева Ю.П. Мощные светодиоды на основе гетероструктур InAs/InAsSbP для спектроскопии метана ( ~ 3,3 мкм) // Физика и техника полупроводников, в печати.

12. Zdansky K., Kacerovsky P., Zavadil J., Lorincik J., Fojtik A. Layers of metal nanoparticles on semiconductors deposited by electrophoresis from solutions with reverse micelles // Nanoscale Res.Lett. 2007. Vol. 2. P. 450-454.

3

:ir

III

21

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.