CC BY
52
Дистанционное зондирование водной экосистемы представляется важным направлением решения задачи экологического мониторинга и параметрические антенны в этой области являются незаменимым и уникальным инструментом для исследовательских целей.
ЛИТЕРАТУРА
1. \.Ворони н В А., Кириченко И А. Использование параметрического гидролокатора для экологических исследований донных осадков // Сб. тез. докл. МНТК " XX Гагаринские чтения", М., МГАТУ. 1994. С.12-13.
2. 2Шерифф Р., Гелдарт Л. Сейсморазведка: В 2-х т. Т. 1./ Пер. с англ. М.: Мир, 1987.
3. З.Новиков Б.К., Тимошенко В.И. Параметрические антенны в гидролокации. Л.: Судостроение, 1990.
4. 4. . ., . . -
ванной среде // Электромеханика, 1995, №4. С.96-98.
5. 5.5оро««« В. А., Кириченко И. А., Тарасов С. П., Тимошенко В. И. Исследование характеристик параметрических антенн в неоднородной стратифицированной среде / В кн. Технические средства исследования Мирового океана / Под ред. Г. П. Турмова, Ю. Н. Кульчина.-Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 1996. С.78-84.
6. 6. Красильников В.А., Крылов В.В. Введение в физическую акустику. М.: Наука, 1984.
УДК 621.315.592
О.А. Агеев, В.В. Виноградов ПОЛУЧЕНИЕ ПЛЕНОК 81С И РАЗРАБОТКА НА ЕГО ОСНОВЕ ДАТЧИКОВ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ГАЗА И ЖИДКОСТИ
ВВЕДЕНИЕ
Проблема контроля загрязнения окружающей среды (как воздушного пространства, так и водных бассейнов) последние десятилетия является одной из приоритетных для обеспечения жизнедеятельности человечества. При этом одной из актуальных задач является разработка экспресс-систем, позволяющих оперативно реагировать на изменение параметров окружающей среды. Решение этой задачи стало возможно в рамках микроэлектронной сенсорики, которая на основе микроэлектронной технологии позволяет изготавливать датчики с низкой стоимостью и высокими быстродействием и надежностью.
Однако в последнее время возникла необходимость изготовления датчиков для работы в экстремальных условиях - при высокой температуре окружающей среды, повышенном уровне радиации, химически агрессивных средах (авиакосмическая промышленность, атомная энергетика, двигателестроение, химиче-). -териалов, способных работать в экстремальных условиях. Одним из наиболее пер-
[1 - 3].
Химическое соединение кремния и углерода в решетке карбида кремния характеризуется сильной ионно-ковадентной связью, которая придает ему уникальные физико-химические свойства - широкая запрещенная зона, (2.4 - 3.3 эВ), высокая теплопроводность (5 Вт/см-К), высокие значения напряженности поля лавинного пробоя (6 МВ/см) и насыщенной скорости дрейфа электронов (2-107 см/с),
высокая температура Дебая (1300 К) [2]. Эти свойства позволяют БЮ-приборам работать при температурах 600-700 °С в условиях воздействия радиации, что позволяет использовать их в системах контроля и управления наземных ядерных ре, , , ,
, .
С другой стороны, карбид кремния характеризуется устойчивостью к химическому и термическому воздействию, высокой твердостью, температурой выращивания монокристаллов и активностью при температурах синтеза, что затрудняет реализацию процессов управляемого выращивания и микрообработки материала [2].
Целью настоящей работы является изучение процесса получения карбида кремния с помощью твердофазной реакции и разработка конструкции датчиков химического состава газовых смесей и жидкостей на его основе.
ФОРМИРОВАНИЕ ПЛЕНОК 81С
Последние годы внимание исследователей привлекает метод синтеза Б1С путем реакции кремния и углерода в твердой фазе, как наиболее технологичный, экономичный и перспективный [4-6]. Исследования показали, что получаемые этим методом пленки являются поликристаллическими и относятся к кубической модификации Б1С.
Существенный недостаток методов синтеза, предлагаемых в указанных выше работах [4-6], состоит в том, что отжиг кремниевых подложек происходит в течение длительного времени (100-300 мин). Для устранения этого недостатка нами предлагается использовать электронно-лучевую обработку (ЭЛО) в вакууме. Возможность электронно-лучевого активирования синтеза БЮ и выращивание на этой основе тонких пленок открывает широкие перспективы: возможность локального выращивания БЮ за счет локализации зоны электронно-лучевой обработки; возможность в широком диапазоне менять режимы роста; малая инерционность на.
Анализ результатов термодинамического анализа реакции синтеза БЮ путем взаимодействия углерода и кремния в твердой фазе и анализа химических реакций в реакторе вакуумной камеры позволяет сделать следующие выводы. Ввиду низких температур при обычном нагреве реакция синтеза невозможна, однако расчеты
,
порядка 103 Вт/см2 температура отдельных его зерен (микронеровностей) может достигать 2000-2500 К. При таких температурах давление насыщенного пара угле-
10-6 - 10-4 ,
остаточных газов в вакуумной камере. Следовательно, при ЭЛО твердофазная реакция вполне осуществима.
Согласно приведенному выше анализу предлагается модифицированный метод синтеза пленок БЮ путем взаимодействия Б1 и С в твердой фазе. Предварительно очищенные поликоровые подложки размером 2.7x7.5 мм2 помещались в вакуумную камеру установки ВУ-2М. В электронно-лучевой испаритель (ЭЛИ) установки помещались два тигля с измельченными С и Б1. Камера откачивалась до 10-4-10-5 торр, и производились последовательные напыления углерода и кремния на резистивно подогреваемую до температуры 140 - 150 °С поликоровую подложку через трафарет при ускоряющем напряжении ЭЛИ 6-12 кВ, токе луча 55-65 мА.
Режимы напыления отрабатывались на пленках С и Si отдельно. Толщины пленок измерялись микроинтерферометром МИИ-4 и эллипсометром ЛЭФ-ЗМ.
Для активации реакции синтеза SiC полученные структуры помещались в реактор вакуумной камеры на столик с подогревом. Нагрев подложек производился в вакууме 10-4-10-5 торр до температуры 900 - 1000°С, длительность обработки 15 -20 мин. Одновременно с этим сторона подложки с нанесенной структурой C-Si облучалась электронным лучом с энергией 10 кэВ в режиме растровой развертки. Таким образом, в ходе данного технологического процесса сформирована пленка SiC 0.2 .
ПРИМЕНЕНИЕ ПЛЕНОК SIC
Анализ литературных данных показал, что помимо описанных выше преимуществ, применение пленок SiC, сформированных по предлагаемой методике, в датчиках химического состава жидкостей и газов позволит повысить чувствительность и селективность датчиков. Это связано с поликристаллической структурой .
среды приводит к изменению величины межгранульных барьеров на границах зерен поликристалла, которые определяют его электропроводность и как следствие -чувствительность датчиков на их основе. Кроме того, поскольку молекулы и атомы веществ характеризуются фиксированной энергией диссоциации, то по изменению проходящего тока в зависимости от прикладываемого к датчику напряжения можно получать информацию о составе анализируемой среды.
Рассмотрим один из возможных вариантов применения пленки поликристал-лического SiC - газочувствительный датчик [7] (рис. 1). Достоинством его является способность распознавать метан и пропан в газовой среде. Датчик выполнен в виде полевого транзистора с комбинированным затвором, в состав которого входит пленка поликристаллического SiC. Затворный электрод датчика выполнен в виде решетки для доступа анализируемого газа.
Работа прибора основана на адсорбции и диссоциации газов в слое поликристаллического SiC. При этом по изменению порогового напряжения или выходных характеристик транзистора можно судить о составе газовой среды [7].
Датчик анализа химического состава жидкости конструктивно представляет собой диэлектрическую подложку (поликор, ситалл и др.) с металлическими электродами (Pd, Pt, Au, W и др.), которые покрыты слоем поликристаллического SiC.
, . 2. помещении ячейки в анализируемую жидкость и приложении напряжения к элек-, . определяется составом анализируемой жидкости. Для регенерации датчика между измерениями можно использовать обработку потоком нагретого воздуха, либо сформировать на обратной стороне подложки резистивные нагреватели.
Рис.1. Газочувствительный датчик: 1 - поликристаллический сенсор; 2 -электрод; 3 - .металлическая сетка; 4 - сток;
5 - поликристаллический слой; 6 - исток; 7 - затвор; 8 - канал тока; 9 -подложка БіС; 10 - нитрид алюминиевый изолятор.
Рис. 2. Конструкция датчика химического состава жидкости
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В представленной работе проведен анализ, показывающий возможность получения пленок карбида кремния и изготовления датчиков на его основе. Рассматриваемая технология отличается низкой стоимостью, высокой воспроизводимостью и простотой модификации свойств получаемых пленок. Использование в качестве чувствительного элемента датчиков химического состава газа и жидкости полученной пленки 8Ю позволит обеспечить выполнение требований, предъявляемых к современным датчикам: стабильность параметров, высокую надежность и большой срок службы в жестких условиях эксплуатации, высокую селективность, малые габариты, массу, энергопотребление и стоимость.
ЛИТЕРАТУРА
1. . ., . . - -
ры// ФТП. 1995. Т.29. Вып.11. СЛ921-1943.
2. . ., . . -
техники// Известия вузов. ЭЛЕКТРОНИКА. 1997. №1. C.1Q-37.
3. Лучинин В.В., Корляков А.В. Композиция “ Карбид кремния - нитрид алюминия” - ос-
// -
. 1999. З. .2Q.
4. D. Chen, R. Workman, D. Sarid, Surf. Sci. 344 (1995) 23-32.
5. J.A. Levinson, A.V. Hamza, Eric S.G. Shaqfeh, M. Balooch, J. Vac. Sci. Technol. A 16(4), Jul/Aug 1998.
6. L. Moro, A. Paul, D.C. Lorents, R. Malhotra, R.S. Ruoff, L. Jiang, G.W. Stupian, K.J. Wu, S. Subramoney, Appl. Surf. Sci. 119 (1997) 76-82.
7. V.B. Shields, M.A. Ryan and R.M. Williams, Inst. Phys. Ser. No 142. Chapter 7.
УДК 621.396
. . . .
РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ МОРСКОГО ВОЛНЕНИЯ
Исследование статистических характеристик радиосигналов, отраженных взволнованной водной поверхностью и определения функциональных связей между параметрами отраженного радиосигнала и характеристиками волнения, являются первостепенными проблемами при решении задачи радиолокационного контроля характеристик волнения /1/.
Рассмотрим аналитическое решение задачи отражения монохроматичной сферической электромагнитной волны от морской поверхности в длинноволновом приближении. Геометрия задачи представлена на рис. 1.
