Фізико-технологічні основи одержання чутливих елементів для датчиків газів (стр. 7 из 11)


Рис.15 Вплив температури на залежність відповіді датчику від парціального тиску NO_х[7]	Рис.16 Вплив температури на залежність відповіді датчику від парціального тиску O₂ [7]

Останній час в якості газових детекторів досить модними є детектори на базі гетероструктур GaN/AlGaN.

Так наприклад в [8] , показа можливість детектування даними структурами наступних газів: H₂, CO, C₂H₂, NO₂. Така можливість здійснена на базі GaN/AlGaN транзистора (шари GaN, AlGaN, AlN отримано плазма індукованою МПЕ-молекулярно-пучкова епітаксія) з високою рухливістю електронів (Рис.17).

Рис.17 а) .Переріз газового датчику на основі GaN/AlGaN – транзистору на рухливих електронах (HEMT). Пунктирна лінія показує область двомірного електронного газу в GaN/AlGaN гетеропереході. [8]

В даному транзисторі, в якості затвору виступає каталітично активний пористий електрод з платини (Рис. 17 б), який пропускає скрізь себе H до шару GaN. В свою чергу Pt виступає як каталізатор окислення GaN молекулами O₂, CO, C₂H₂, NO₂ (Рис.18)


Рис.17 б) Геометричні розміри поверхневого контакту детектора з контакту Pt активним електродом. (Gate-затвор, source -стік, drain- витік) [8]

Рис.18. Пропонований механізм газової детекції датчику Pt -HEMT газового датчику (Ha, Hi: місце адсорбований водень, Xa,Xi: адсорбовані молекули досліджуваного газу). [8]		Рис.19. ВАХ датчику при різних концентраціях H₂ для 4% суміші O₂ в N₂ при температурі 300 ^оC . [8]

Наявність адсорбції H та окислення GaN O₂, CO, C₂H₂, NO₂ призводить до зміни провідності між витоком і стоком (Рис. 17 б). Залежність чутливості від вмісту H₂ показано на (мал 19) [8].

Рис.20. Відносна зміна струму стік-витік (сигналу) в Pt–Ga- -HEMT від концентрації газів H₂, C₂H₂, CO, NO та NO₂ розчинених в 4% O₂ суміші N₂. Вимір відбувся при 400 ^оС. [8]

Чутливість максимальна (відносна зміна струму між стоком та витоком) при 400 ^оС, а відносна чутливість максимальна для випадку молекул водню (Рис. 20).

Можливо тому, що на даний час найбільша чутливість датчиків на основі GaN/AlGaN гетероструктур, найбільш зусиль прикладається до вдосконалення датчиків на даних структурах. Так в [9] показано можливість використання в МОН транзисторах а в [10] діодів Шоттки на базі GaN/AlGaN гетероструктур (GaN/AlGaN структура отримана методом MOCVD) з додатковим діелектричним шаром оксиду скандію (Sc₂O₃) (Рис. 21).


Рис.21. Фотографія та переріз метал-оксид-напівпровідник-HEMT стуктури- детектора водню. [9]	Рис.22. Часова залежність струму стік-витік при різних швидкостях зміни концентрації H₂(від чистого азоту до 1% H₂/99% N₂)Другий малюнок показує оборотність процесу. [9]

Каталітично дисоціований платиновим елетродом водень дифундує до інтерфейсу Sc₂O₃/AlGaN, що приводить до зменшення ефективного бар’єру в МОН затворі на 30-50 meV, що в свою чергу дає зріст струму витік- стік [9]. Ця зміна дає ріст чутливості датчика та дає можливіст його використання при кімнатних температурах [9] (Рис.22)