РОЗДІЛ 2.
МЕТОДИ ТА ОБ’ЄКТИ ДОСЛІДЖЕНЬ
2.1. Методологія досліджень
Розробка технологічних засад створення пристроїв мікроелектроніки на основі
органічних і неорганічних напівпровідників вимагає підбору та отримання
матеріалів з заданими властивостями, застосування комплексу фізичних і
фізико-хімічних методів діагностики цих об’єктів.
Виконання даної роботи відбувалось у декілька етапів, першим з яких був вибір
напівпровідникових матеріалів, як органічних, так і неорганічних та їх
одержання, модифікація, дослідження фізичних характеристик. Отримані матеріали
були використані в процесі створення дослідних елементів електронних пристроїв
– гетероструктур на основі органічних і неорганічних напівпровідників,
електрохромних покрить на поверхні оптично прозорих напівпровідників, чутливих
плівок з сенсорними властивостями, інтеркаляційних та фоточутливих структур.
Модифікація поверхні напівпровідників здійснювалась також за допомогою оксидних
і нітридних шарів.
На другому етапі для аналізу технологічних підходів до розробки
мікроелектронних пристроїв проведено комплексне дослідження фізичних,
електричних, фотовольтаїчних, оптичних властивостей досліджуваних структур, в
залежності від технології отримання визначено їх фізичні параметри і
характеристики. Для цього застосовано сучасні фізичні та фізико-хімічні методи
досліджень, такі як електронна, оптична та атомно-силова мікроскопія,
рентгенівський структурний аналіз, використано методи катодолюмінесценції та
фотолюмінесценції, дослідження вольтамперних, вольтфарадних та імпедансних
характеристик. Запропоновано методику дослідження спектрів оптичного гасіння та
температурної залежності термофотопровідності.
В процесі виконання третього етапу роботи на основі отриманих результатів
запропоновано конструкторсько-технологічні рішення пристроїв мікроелектроніки,
зокрема, сенсорів, фотоперетворювачів, електрохромних індикаторів, проведено
апробацію діючих макетів оптичних елементів і оптичних сенсорів для визначення
водневого покажчика середовища.
2.2. Основні напівпровідникові матеріали та методи
їх одержання
Шаруваті напівпровідникові кристали А3B6 характеризуються високою
фоточутливістю у видимій і ближній інфрачервоній області спектра і є досить
технологічними, оскільки отримати нову чисту поверхню напівпровідника можна
простим сколюванням (рис. 2.1). Перспективність цих напівпровідників для
практичного застосування, їх структура та основні властивості описані в розділі
1.3. Ці матеріали були вирощені у співпраці з кафедрою фізики напівпровідників
ЛНУ ім.Івана Франка.
Для одержання поруватого кремнію використовували пластини монокристалічного
кремнію (100) товщиною 460 мкм з провідністю n-типу, що мали питомий опір 6,5
ОмЧсм. Анодування пластин проводили в в етанольному розчині плавикової кислоти
(40%) при густині струму 10 мА/см2 та освітленні вольфрамовою лампою потужністю
150 Вт протягом 20 –30 хвилин, після чого пластинку з шаром ПК промивали у
чистому етанолі і висушували у вакуумі при температурі 373-393 К.
Рис.2.1. Зображення поверхні сколу кристала InSe, отримане за допомогою
скануючого електронного мікроскопа
Поверхня кремнію під час контакту з розчином HF насичується воднем і стає
хімічно інертною по відношенню до електроліту. Якщо на електроліт подати
різницю потенціалів, то дірки в кремнієвій пластині почнуть мігрувати до
поверхні розділу кремній-електроліт. При цьому атоми кремнію вивільняються від
блокуючого його водню і починають взаємодіяти з йонами та молекулами
електроліту, переходячи в розчин. Якщо електроліз проводять при високих
густинах струму, то до поверхні електроду надходить більша кількість дірок.
Вони рухаються до межі розділення суцільним фронтом і забезпечують реакційну
здатність практично кожному атому кремнію. Оскільки мікровиступи мають більшу
поверхню ніж рівні ділянки, то вони розчиняються швидше. В результаті поверхня
кремнієвого аноду поступово вирівнюється. Це є режим електрохімічного
полірування. Якщо електроліз проводять при низьких густинах струму, то
кількості дірок не вистачає для організації суцільного фронту і тому
відбувається локальне розчинення кремнію на поверхні. Згідно з різними
моделями, зародження пор може розпочинатися на дефектах структури, механічно
напружених ділянках або локальних збуреннях потенціального поля поверхні. З
часом пори продовжують свій ріст вглиб електрода за рахунок дрейфу дірок
[110-113].
Спряжені полімери. Полімери з власною електронною провідністю є одним із
найбільш цікавих класів низькорозмірних 1D матеріалів [114-115]. Прості методи
синтезу та легування дозволяють суттєво змінювати їх провідність і ширину
забороненої зони, яка для більшості полімерних напівпровідників лежить у межах
1,5-3,0 eВ [116]. За різноманітністю функціональних властивостей, здатністю до
генерації носіїв заряду як n-, так і p-типу, високою термічною і окисною
стабільністю перспективними є полімерні напівпровідники на основі аренів,
бензолу та його похідних [117]. Основні оптичні та фотовольтаїчні
характеристики досліджуваних полімерних напівпровідників наведені в таблиці
2.1. [47, 118-121].
В даній роботі досліджувались умови одержання, eлектрохромні та фотовольтаїчні
властивості гетероструктур, створених на основі тонких плівок електропровідних
полімерів -поліфенілацетилену (ПФА), поліпарафенілену (ППФ),
поліепоксиетилкарбазолу (ПЕПК), поліаніліну (ПАН), поліметоксианіліну (ПоМА),
поліортотолуїдину (ПоТІ) тощо, отриманих на поверхні оптично прозорих (SnO2,
ІТО) електродів, поруватого кремнію
- Київ+380960830922