автореферат диссертации по электронике, 05.27.01, диссертация на тему:Термофоторезистивный эффект для микроэлектронных сенсоров

ОСОБЛИВЕ КОНСТРУКТОРСЬКЕ БЮРО “РУТА”

Павлишин Олег Володимирович

ОД

УДК 621.315.592.

ТЕРМОФОТОРЕЗИСТИВНИЙ ЕФЕКТ ДЛЯ МІКРОЕЛЕКТРОННИХ СЕНСОРІВ

05.27.01,- Твердотільна електроніка

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Чернівці- 1998

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі “Електронні прилади” Державно університету “Львівська політехніка”.

Науковий керівник- доктор технічних наук, професор ГОТРА Зенон Юрійович

Державний університет “Львівська політехніка”, завідувач кафедри.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

ДРУЖИНІН Анатолій Олександрович Державний університет “Львівська політехніка”, кандидат фізико- математичних наук, доцент БРАЙЛОВСЬКИЙ Володимир Васильович Чернівецький Державний університет.

Провідна організація- Науково- виробниче підприємство “КАРАТ”, відділ нових прогресивних технологій, Міністерство промислової політики (м.Львів).

Захист дисертації відбудеться 14.06.33 о на засіданні сг ціалізованої вченої ради К.07.02.01 при ОКБ “РУТА” за адресо 274031, м.Чернівці, вул. Руська, 248.

З дисертацією можна ознайомитися в технічній бібліотеці ] “ГРАВІТОН”.

Автореферат розісланий “/7“ 0$ 1998 р.

Вчений секретар спеціалізованої Вченої Ради

Ю.В.Гудима.

Актуальність теми. Одним з перспективних напрямків ункціональної електроніки є розробка та практичне використання ристроїв, принцип дії яких базується на використанні процесів, які зникають в напівпровідникових матеріалах під дією температури, іску, оптичного опромінення, електричного та магнітного полів і т.д., тому числі, одночасної їх спільної дії. Характер відгуку апівпровідника на таку дію визначається як параметрами кристалу, ік і параметрами збуджуючих полів, в залежності від яких :алізуються різні механізми відгуку.

Значний інтерес представляють процеси, які відбуваються в тівпровіднику при спільній дії на нього термічного та оптичного шромінювання, що спричинює виникнення термофоторезистивного [іекту, який може бути використаний для розробки нових елементів іектронної техніки. Крім цього явище термофотопровідності можна ікористовувати також для вивчення фізичних властивостей іпівпровідників, а саме: встановлення ролі та механізмів рекомбінації [ектронів та дірок в напівпровідниках, дослідження природи жальних домішкових центрів і т.п.

Тому вивчення термофоторезистивного ефекту та побудова шладів функціональної електроніки на його основі є актуальною дачею.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

исертаційна робота виконувалась в рамках Держбюджетної науково-іслідної теми “Дослідження та розробка нових матеріалів та хнологій елементів електронної техніки” (номер державної реєстрації 964000169 1997 р.)

Мета і задачі дослідження. Мета роботи полягає в теоретичному [вченні та експериментальному дослідженні термофоторезистивного іекту (ТФРЕ) в напівпровідниках, а також в практичному його [користанні для створення приладів функціональної електроніки.

Основними завданнями досліджень, які необхідно вирішити дл* досягнення поставленої мети, були:

- створення моделі генераційно- рекомбінаційних процесів і

невиродженому напівпровіднику з простою структурою зон прі спільній дії модульованого по інтенсивності оптичногс

випромінювання в області спектру фундаментального поглинання ті змінного в часі температурного поля;

- аналітичне представлення динаміки концентрації носіїв струм] при термофотомодуляційному збудженні;

- розробка методики та проведення експериментальни: досліджень спектральних та температурних характеристик термофото провідності напівпровідникових кристалів ІпБе;

- дослідження механізму оптичного гасіння термофото провідності в напівпровідникових кристалах селеніду індію;

- розробка приладів функціональної електроніки на основ ТФРЕ.

Наукова новизна одержаних результатів:

- виявлено, що термофоторезистивний ефект в невироджени: напівпровідниках з простою структурою зон виникає при сумісній ді на кристал модульованого по інтенсивності оптичноп випромінювання та змінної в часі температури, що характеризуема появою додаткової складової зміни електропровідності на різницевії частоті фото- та термомодуляцій;

- методами чисельного моделювання досліджено вплиі швидкостей генерації та нелінійної рекомбінації н, термофоторезистивний відгук;

- запропоновано рівняння термофотопровідності для неви родженого напівпровідника з простою структурою зон, що знаходиться під впливом модульованого по інтенсивності оптичноп випромінювання в області спектру фундаментального поглинання т:

низькочастотної зміни в часі температури;

2

- досліджено спектри зміни динамічної термофотопровідності апівпровідникових кристалів селеніду індію;

- виявлено ефект помноження термо- та фотосигналів в апівпровідникових кристалах селеніду індію, а також досліджено емпературну залежність термофотопровідності ІпЗе;

- виявлено явище оптичного гасіння термофотопровідності в апівпровідникових кристалах ІпБе, що охоплює діапазон енергій від ,24 до 1,46 еВ при кімнатній температурі;

- розроблені сенсори частоти слідування оптичних імпульсів та юдульованого по інтенсивності інфрачервоного випромінювання з икористанням явища термофотопровідності.

Наукові положеннят шо виносяться на захист:

- зміна електропровідності невироджених напівпровідникових ристалів з простою структурою зон, які знаходяться під впливом юдульованого по інтенсивності оптичного випромінювання та змінної

часі температури характеризується появою додаткової складової, що сцилює на різницевій частоті фото- та термомодуляцій;

- нелінійність швидкості рекомбінації по концентрації не-івноважних носіїв заряду зумовлює те, що фаза коливань онцентрації нерівноважних носіїв заряду, а, отже, і термофотоструму, міщена по відношенню до термозбудження. Величина зміни онцентрації нерівноважних носіїв корелює з добутком термо- та гатосигналів;

- аналітичне рівняння термофотопровідності;

- результати дослідження спектральних та температурної арактеристик термофотопровідності напівпровідникових кристалів еленіду індію п- типу провідності в інтервалі температур 77...293 К;

- оптичне гасіння термофотопровідності в селеніді індію постерігалось в діапазоні енергій від 1,24 до 1.46 еВ при кімнатній емпературі;

З

- нові елементи функціональної електроніки на основ термофоторезистивного ефекту (сенсор частоти слідування оптични: імпульсів, сенсор модульованого по інтенсивності інфрачервоногс випромінювання).

Практичне значення одержаних результатів.

Результати роботи можуть бути використані для створення нови; приладів функціональної електроніки, а також для дослідженні параметрів напівпровідників методами комбінованого збудженш кристалу модульованим по інтенсивності оптичним випромінюваннях та низькочастотною зміною температури.

Особистий внесок здобувана. Теоретичні та практичн дослідження, наведені в даній роботі, виконані автором особисто абс за його безпосередньою участю. Автором розроблена моделі генераційно- рекомбінаційних процесів в напівпровідниках зумовлених спільним термо-, фотовпливом, виведене аналітичні рівняння термофотопровідності. Запропонована методика експериментальних досліджень темофоторезистивного ефекту. Авторо\ досліджені оптичне гасіння, спектральні залежності термофотомоду-льованої провідності та температурна залежність термофотопровідност напівпровідникових кристалів InSe. Запропоновані конструкцію тг технологію виготовлення інтегрального регулятора рівня струму, і також сенсор частоти слідування оптичних імпульсів на базі явищ: термофотопровідності. Розроблено сенсор модульованого П( інтенсивності інфрачервоного випромінювання з використати» явища термофотопровідності.

Апробація результатів дисертаиії. Основні результати робот* доповідалися та обговорювалися на: Міжнародній науково- технічнії конференції “Сучасні проблеми автоматизованої розробки тг виробництва радіоелектронних засобів та підготовки інженерниз кадрів”, присвяченій 150- річчю Державного Університету “Львівське політехніка”, Львів, 21- 27 лютого 1994 року; 19- th Conference о

International Society for Hybrid Microelectronics, Poland, Porabka-Kozubnik, September 17- 20, 1995; 5- тій Міжнародній науково-практичній конференції Україномовне програмне забезпечення УКРСОФТ- 95, Львів, 1995; II Українсько- польському семінарі з питань фізики та хімії матеріалів, Львів- Шацьк, 16- 20 вересня 1996; VI Konferencii Naukowij Technologia Elektronowa ELTE’97, Krynica, 6.05- 9.05, 1997; 1- st International Modelling School of AMSE- UA, Crimea, Alushta, Ukraine, September 12- 17, 1996.

Публікації. Результати виконаних досліджень відображені в 17 друкованих роботах та 1 патенті.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається зі вступу, п’яти розділів, висновків, списку використаної літератури та додатків. Основний зміст роботи викладений на 138 сторінках друкованого тексту, ілюстрованого 50 рисунками. Список літератури містить 145 найменувань.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У1всхлгі_обгрунтована актуальність теми, вказано мету та задачі досліджень, сформульовані наукова новизна, практична цінність роботи та наукові положення, що виносяться на захист. Коротко викладений зміст дисертації.

Перший розділ носить оглядово- аналітичний характер. Розглянута фізика процесів, що відбуваються в напівпровідниках під дією термічного та оптичного опромінення. Приведені динаміка зміни провідності напівпровідника під їх впливом та термодинамічна модель впливу температури на електрофізичні параметри напівпровідників.

Показана доцільність застосування спільного впливу на напівпровідник двох зовнішніх факторів- модульованого по інтенсивності оптичного випромінювання та низькочастотної зміни

температури- для дослідження параметрів напівпровідників.

5

Здійснений аналіз основних властивостей матеріалів дл створення сенсорів інфрачервоного випромінювання. Приведеї конструкції інтегральних сенсорів інфрачервоного випромінювання.

Встановлено, що на даний момент відсутній аналіз одночасної д на напівпровідник модульованого оптичного та тепловог випромінювання; існуючі теоретичні моделі не дають кількісної опису зміни провідності напівпровідника під впливом генераційних і рекомбінаційних процесів, що зумовлені спільною дією модульованої по інтенсивності оптичного випромінювання та змінної в ча< температури; відсутні аналітичний вираз термофотопровідност методика та експериментальні дослідження термофоторезистивног ефекту; при розробці сенсорів інфрачервоного випромінюванн параметр, що характеризує якість тепловідводу є визначальним пр виборі матеріалу сенсору, що дає можливість використати деяі напівпровідникові матеріали (зокрема ІпБе) в якості чутливог елементу сенсорів інфрачервоного випромінювання.

У другому розділі розглянута теорія термофоторезистивног ефекту. Розроблена модель генераційно - рекомбінаційних процесів невироджених напівпровідниках з простою структурою зої зумовлених спільним термо -, фотовпливом. Проведений анал: динамічної зміни провідності напівпровідника в умовах спільної д модульованого по інтенсивності оптичного випромінювання з облас спектру фундаментального поглинання та змінного в чаї температурного поля.

Якщо розглянути провідність тонкого шару невиродженої напівпровідника р- типу, який знаходиться під впливо модульованого по інтенсивності оптичного випромінювання в облас спектру фундаментального поглинання та низькочастотної зміни в чаї температури, то, при наявності слабкого електричного поля Е,

напівпровіднику тече струм з густиною:

6

Зр = е-р(0-цр(г)-Е.

При цьому вплив динамічної зміни концентрації носіїв заряду буде вирішальним на зміну густини термофотоструму. Зміну концентрації можна записати в наступному вигляді: р((|) = А(£) • со^ + 6(0] + Ро. де 0(£) - змінна в часі фаза та А(І;) - змінна в часі амплітуда концентрації, Ро - рівноважна концентрація дірок.

Загальна швидкість зміни числа дірок рівна сумі швидкостей, обумовлених оптичним та температурним впливом. Додавши обидві похідні другого порядку, отримаємо:

а2р

Л?.

+ (Р-Ро) =

СО

де £ = СО ' ^ у = СОо/ю.

Оскільки со достатньо велика величина, дану систему можна розглядати як слабо нелінійну, з малим згасанням, та застосувавши для знаходження розв'язку метод повільно змінних амплітуд, отримаємо:

. А(1 - у2)2 ■ Ьуясо

0 = агссоэ —- —г + я • У і

РІ0Вс1 сіУ яшСтеу)

А5 ■(і-у2)1ео-т0 -а3 8(аА2 "Ь с і + 2с, Аа)

2 • Ьі/- п• а> -(у2 -1)

/?•І0 -В-д1/2 -Сї •у2 їтілу)

х|/ сов2 (лу) • (і + 2 віп2 (я7))| +

А4 -ео-Го -а3 (1-у2)

2■ ЬV■ к■ со • (у2 -1)

а • А2 +с, + 2-с, • А - а • І0 -В-я1/2 - СЇ •у2 • зіпОт?')

х[г • 5ІП(/Г}') • С053(л/) + 5Іп(л7) • С05(л/)(1 - у)\ -

а ■ г„ ■ А3

а • А +с, +2-с, • А-а

з

х^у сов2 (тсу )[біп2 (тгу) + 1] -і- віп2 (лх)] = -

2 • Ьу • п- а -(у2 -1)

!9-І0 • В • я'/2 С',' * у ■ віп^я- * у)

На основі розробленої моделі можна стверджувати, що фаза коливань концентрації нерівноважних носіїв заряду, а отже, і термофотоструму, дещо зміщена по відношенню до термозбудження при неістотній різниці між частотами со0 та <о, а зсув фази залежить від інтенсивності оптичного збудження. Величина зміни концентрації нерівноважних носіїв корелює з добутком фото- та термосигналів.

Зміна фази коливань термофотоструму може слугувати базою для створення сенсорів, в яких вимірюваною величиною є як амплітуда коливань струму, так і різниця фаз.

Зміну електропровідності невиродженого напівпровідника п-типу, який знаходиться під впливом модульованого по інтенсивності оптичного випромінювання з області спектру фундаментального поглинання та низькочастотної зміни в часі температури, можна записати в наступному вигляді:

Дст = Р ■ І • еі“1* + ст(ДТ) • є*’2* + 0 • є*"11-’», де р - чутливість фотопровідності, І - інтенсивність оптичного випромінювання, а (ДТ) - амплітуда зміни термопровідності, а»! та <в2 -відповідно частоти модуляції фото- та термопровідності, 0 - амплітуда зміни термофотопровідності.

Враховуючи, що 0, при відповідних приростах температури та інтенсивності оптичного випромінювання, представляє собою змішану похідну від електропровідності по цих параметрах: д2а/ЗТдІ, що осцилює на частоті (ші ± ю2), загальну зміну числа електронів у нашому випадку подамо у вигляді:

де права частина визначає зміну концентрації, зумовлену впливом змінної в часі температури та модульованого по інтенсивності

сИ2

(1)

штичного випромінювання, відповідно. Рівняння (1) є наслідком мвності між значенням швидкості зміни концентрації та різниці іначень генерацій та рекомбінації при незначному прирості часу.

Остаточно часову залежність концентрації можна представити у іигляді:

(е 1/т, є середня ймовірність рекомбінації, О0 та Є, є функціями іастоти оптичного випромінювання, крім того, Є, є також функція .міни температури кристалу та мають розмірність генерації.

Таким чином, часова залежність концентрації носіїв в умовах ;пільної дії на напівпровідник модульованого по інтенсивності штичного випромінювання та змінного в часі температурного поля юрівнює сумі складових концентрацій носіїв, обумовлених фото- та ермовпливами, відповідно, та складової концентрації, обумовленої пільним термофотовпливом.

У третьому розділі наведені обгрунтування вибору об’єктів ;осліджень- шаруватих напівпровідникових кристалів ІпБе, метод їх ітримання та розроблена методика дослідження термоторезистивного фекту.

Монокристал селеніду індію вирощували методом Іохральського з металічних розплавів. Монокристали мали довжину [о 4...5 см при діаметрі до 2 см. Зразки з монокристалів для іимірювань вирізались у вигляді тонких плоскопаралельних їластинок. Контакти наносились напиленням індію на свіжосколоту юверхню. Розміри зразків- 5-3 мм2, товщина - 0,1...0,3 мм. Поверхня разків представляла собою скол або, при необхідності, піддавалась шліфуванню та поліруванню з наступним хімічним травленням.

Для досліджень використовувались монокристали п- типу, що ОЛОДІЮТЬ концентрацією * 1015 см'3, ХОЛЛІВСЬКОЮ рухливістю Цп=

к • ДТ • е^2‘

її

-)+О0-тг -є*1* +

чО, -тг - є**1*"1*

40...60 см2/В-с, темновою провідністю стт~ 10'5 Ом'1 см'1 при кімнатнії температурі. З пониженням температури до 77 К сгт зменшувалась ді «10"8 Ом^см'1, а рухливість- до 20...30 см2/В-с. Зразки мали опі] порядку 104 Ом.

Дослідження термофоторезистивного ефекту здійснювалось пр] одночасній дії на зразок модульованого по інтенсивності оптичноп випромінювання та змінної в часі температури за допомогок розробленої методики вимірювання та відповідної функціонально схеми установки (рис. 1).

Рис. 1. Функціональна схема установки для дослідження термофоторезистивного ефекту.

ДС1 та ДС2 - джерела світла; ОМІ, ОМ2 - оптичні модулятори; ФД1 ті ФД2 - фотодіоди; МХ - монохроматор; Т - термопара; К - досліджуванні кристал; П - підкладка; КР - кріостат; Я - навантажувальний резистор; ПГ

- попередній підсилювач; ССВ - система для створення вакууму; Ф формувачі сигналу фотодіодів; ЗМ - змішувач; СФ - смуговий фільтр; ЦФГ

- цифровий фазоповертач; СД - синхронний детектор; ФНЧ - фільт] низьких частот; В1, В2 - вольтметри.

У четвертому розділі наведені та проаналізовані результаті експериментальних досліджень термофоторезистивного ефекту 1 напівпровідникових кристалах ІпБе.

На рис.2 приведені результати досліджень оптичного гасінш термофотопровідності з енергією оптичного випромінювання 1,4 еВ.

Оскільки оптичне гасіння термофотопровідності задовільно юяснюється в рамках двоцентрової моделі рекомбінації, в якій штичне гасіння обгрунтовують домішковою підсвіткою і процесами, юв’язаними з нею, то зазначений вище ефект може бути іикористаний для дослідження домішкових центрів в напів-іровідниках. Крім того, в діапазоні інтенсивностей 0...300 еВ/(см2-с) :постерігається майже пряма залежність вихідного сигналу ермофотопровідності від інтенсивності, що є основою для створення :енсорів інтенсивності випромінювання.

і, ВІД. од.

Е, еВ

Рис.2. Спектральний розподіл термофотопровідності без підсвітки (1) та з підсвіткою з інтенсивністю 1= 40 еВ/(см2-с) (2) при Т=293 К.

Термофотомодуляція провідності охоплює всі процеси оптичного юглинання, а також модуляцію параметрів, які характеризують іроцеси переносу носіїв заряду в напівпровіднику, кінетику їх юнцентрації та інше. Спектри термофотопровідності представляють

11

собою складну криву, спектральне поглинання зразка відповідає, в основному, діапазону власної фотопровідності.

Оптичне опромінення здійснювалось в режимі модуляції по інтенсивності з частотою 180 Гц. Температура зразка змінювалась за допомогою модульованого з частотою 110 Гц потоку інфрачервоною випромінювання. Падіння змінної складової напруги в ланці зразка вимірювалось на різницевій частоті 70 Гц. Отримані спектральні залежності фотоструму та термофотоструму по формі майже ідентичні, що дає можливість стверджувати, що природа зміни концентрації, а, отже, і струму, під дією модульованого по інтенсивності оптичного випромінювання та змінного в часі температурного поля є однакова для двох випадків. Це вказує на те що в даному температурному діапазоні (77...293 К) в кристалі ІпБе не спостерігалось ніяких фазових переходів.

Експериментальні дослідження температурної залежності термофотопровідності проведені в температурному діапазоні 77...300 К. Виявлено, що при слабкому електричному полі має місце новий кінетичний ефект, а саме- термофоторезистивний ефект, фізичний зміст якого полягає в зміні динамічної провідності напівпровідника в умовах спільної дії модульованого по інтенсивності оптичного випромінювання та низькочастотної зміни температури.

На рис.З представлені температурні залежності синфазної та

зміщеної по фазі на я/2 термофотопровідностей, фотопровідності при

освітленості зразка монохроматичним оптичним випромінюванням з

енергією 1,35 еВ та інтенсивністю 40еВ/ (см2-с) та термопровідності

для невироджених напівпровідникових кристалів Іп8е п- типу

провідності. В області температур менших 240 К домінує розсіювання

носіїв струму на коливаннях гратки. В діапазоні температур 150...200 К

спостерігається явище термічного гасіння термофотопровідності е

кристалах. В області температур більших 240 К розсіювання

відбувається на іонізованих домішках. Дещо відмінна температурна

12

залежність синфазного та зміщеного по фазі на л/2 сигналів термофотопровідності. При низьких температурах амплітуда осциляцій двох сигналів співмірна. Зі збільшенням температури зразка, амплітуда осциляцій збільшується, причому більш різко збільшується розмах осциляцій синфазного сигналу. Крім того, вияшіено ефект перемноження термо- та фотосигналів. Показана можливість створення пристроїв функціональної електроніки, принцип дії яких базується на ефекті термофотопровідності.

т, к

Рис.З. Температурні залежності фотопровідності (1),

термопровідності (2), синфазної (3) та зміщеної по фазі на тг/2 (4) термофотопровідностей.

У п’ятому розділі наведені результати розробок приладів

функціональної електроніки.

Показана можливість регулювання рівня струму на базі

напівпровідникових кристалів ІпЗе. В регуляторі керування величини

13

вихідного струму здійснюється оптичним сигналом. Застосування фоторезистора на основі ІпБе та МОН- транзисторної структури з вбудованим каналом дозволили одержати значну зміну вихідного струму від освітленості. При Е= 250 лк відношення максимального вихідного струму до мінімального >200. При цьому, збільшення додатного потенціалу на затворі, внаслідок зменшення опору фоторезистора під дією світла, обумовлює зменшення носіїв у каналі і, як наслідок, зменшення струму на виході. Зростання від’ємного потенціалу на затворі при освітленні фоторезистора збільшує вихідний струм. Отже, від’ємний потенціал призводить до підсилення фотоструму, а спектральна зміна додатного потенціалу на затворі дає системі можливість здійснити інверсію спектральної чутливості фоторезистора. На рис.4 зображено січення структури, з допомогою якої здійснюється вплив оптичного сигналу на рівень струму.

Рис. 4. Січення регулятора рівня струму.

1- монокристалічна пластина кремнію, 2- епітаксійний шар кремнію, З- стокові області МОН- транзистора, 4- шар 8і02, 5- канальна область транзистора, 6- область витоку транзистора, 7- шар піролітичного оксиду, 8- плівка фосфоросилікатного скла, 9-напівпровідниковий кристал ІпБе, 10- шар полікремнію, 11- шар алюмінію.

На основі термофоторезистивного ефекту розроблено сенсор частоти слідування оптичних імпульсів. В якості чутливого елементу *

використовується напівпровідниковий кристал ІпБе, який чутливий до оптичного випромінювання в діапазоні 0.3... 1.2 мкм. Термомодуляція досягається пропусканням модульованого (з чітко визначеною частотою соО струму вздовж тонкого прямокутного кристалу, розташованого на тепловідвідній поверхні.

За допомогою відповідно розташованого напівпрозорого дзеркала т кристал подається оптичне випромінювання з певною частотою <а2. На селективний детектор поступає сигнал з частотою (<и2-соі). З іншого 5оку на селективний детектор подається сигнал, знятий з опору, ввімкнутого послідовно до кристалу. Частота цього сигналу- (оь-сй!). Сигнал з селективного детектора після проходження фільтра низьких іастот та відповідного підсилення подається на оптичний клапан, :кладовим елементом якого є рідкий кристал. Умови підібрані таким іином, що в даному випадку оптичний клапан є відкритий і оптичне іипромінювання попадає на об’єкт. У випадку, якщо частота :лідування імпульсів оптичного випромінювання зміниться і буде мати іначення ю3, з опору на селективний детектор буде йти сигнал з іастотою (соз-оі!), що не дорівнює (со2-о>і) і в результаті на оптичний слапан не буде поступати ніякого сигналу, і він буде закритий для штичного випромінювання. Якщо ж частота слідування імпульсів ювернеться до значення со2, то це автоматично призведе до відкриття іптичного клапана. Розроблений пристрій забезпечує відносну [утливість близько 0,01% в діапазоні частот до 2 кГц.

На модуляції амплітуди сигналу фотопровідності під дією ифрачервоного випромінювання працює сенсор модульованого по нтенсивності інфрачервоного випромінювання. Модуляція має місце наслідок взаємного впливу термо- та фотострумів один на одного.

Іринципова схема сенсора наведена на рис.5.

15

Показана невисока чутливість розробленого сенсора до можливих сторонніх джерел теплового випромінювання; простота виготовлення в інтегральному виконанні; висока чутливість до незначної зміни температури середовища; достатня вібростійкість.

Рис.5. Принципова схема сенсора модульованого по

інтенсивності інфрачервоного випромінювання.

Запропонований сенсор може бути використаний в система пожежної сигналізації, для виявлення цілей, які працюють на двигуна внутрішнього згорання, при конструюванні електронних кодови замків та системах противикрадальної сигналізації.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ РОБОТИ ТА ВИСНОВКИ

1. Показано, що в умовах спільної дії на невироджений апівпровідник з простою структурою зон модульованого по ггенсивності оптичного випромінювання та низькочастотної зміни гмператури виникає новий термофоторезистивний ефект, фізичний піст якого полягає в динамічній зміні провідності напівпровідника, а ікож в зміщенні фази динамічної провідності, що залежить від ітенсивності оптичного збудження.

2. Проведені аналітичні дослідження явища термофотб-ровідності в невироджених напівпровідниках, створена модель :нераційно- рекомбінаційних процесів в умовах спільної дії на евироджений напівпровідник з простою структурою зон одульованого по інтенсивності оптичного випромінювання з області пектру фундаментального поглинання та низькочастотної зміни ;мператури;

3. Теоретично обгрунтовано, що фаза коливань концентрації ерівноважних носіїв заряду, а отже, і термофотоструму, дещо зміщена о відношенню до термозбудження і залежить від інтенсивності птичного збудження, а величина зміни концентрації нерівноважних осіїв корелює з добутком фото- та термосигналів;

4. Доведено, що часова залежність концентрації носіїв в умовах пільної дії на невироджений напівпровідник з простою структурою эн модульованого по інтенсивності оптичного випромінювання та кінного в часі температурного поля дорівнює сумі складових онцентрацій носіїв, обумовлених фото- та термовпливами, дповідно, та складової концентрації, обумовленої спільним ;рмофотовпливом.

5. Показано, що термофоторезистивний ефект може бути жористаний для дослідження домішкових центрів та фазових ереходів в напівпровідниках.

6. На основі явища термофотопровідності розроблені сенсори модульованого по інтенсивності інфрачервоного випромінювання та частоти імпульсів оптичного випромінювання.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНІ В РОБОТАХ

1. Зенон Готра, Павло Стахіра, Олег Павлишин. Оптичне гасіння термофотопровідності в напівпровідникових кристалах ІпБе // Вісник Державного університету “Львівська політехніка”.- 1998 р.- №325.-с.46-50.

2. З.Ю.Готра, Р.Й.Стахіра, П.Й.Стахіра, О.В.Павлишин.

Планарно- дифузійний ультрафіолетовий фотоприймач // Вісник Державного університету “Львівська політехніка”.- 1995 р.- № 289.-с. 18- 21.

3. Павлишин Олег, Стахіра Павло. Потужна перемикальна МОН- ПТ структура з оптичним керуванням вихідних параметрів // Вісник Державного університету “Львівська політехніка”.- 1996р.- № 302,- с. 99- 100.

4. Злобін Г.Г., Кремінь В.Т., Павлишин О.В. Автоматизована система визначення параметрів моделей напівпровідникових елементів // Вісник Державного університету “Львівська політехніка”,- 1998 р.-№ 325,- с.57- 60.

5. Патент України на винахід. Спосіб зміни динамічної провідності напівпровідникового матеріалу. Готра З.Ю., Стахіра П.Й., Павлишин О.В. Заявка на винахід № 97052299 від 19.05.97.

6. З.Ю.Готра, Р.Й.Стахіра, П.Й.Стахіра, О.В.Павлишин. Моделювання термофоторезистивного ефекту в напівпровідниках // II Українсько- польський семінар з питань фізики та хімії матеріалів, Львів- Шацьк.- 1996 р.- с. 11.

7. З.Ю.Готра, Р.Й.Стахіра, П.Й.Стахіра, О.В.Павлишин. Використання ПМОН- фоточутливого перетворювача для обробки оптичної інформації // Матеріали Міжнародної науково- технічної конференції, присвяченої 150- річчю Державного університету “Львівська політехніка”,- 1994 р.- с. 41- 43.

8. Z.Gotra, J.Potencki, R.Golyaka, O.Pavlishin, Y.Morozov. Singleship secondary transducer of sensor devices // 19- th Conference of ISHM Poland, Porabka- Kozubnik.-1995.- p.43.

9. Z.Gotra, J.Potencki, R.Golyaka, O.Pavlishin, Y.Morozov. Singlechip secondary transducer of sensor devices // Proceedings of the 19- th Conference of ISHM Poland, Porabka- Kozubnik.- 1995,- p. 197- 200.

10. Роман Голяка, Олег Павлишин, Ігор Максимів, Антон Забарило. Програмна оболонка для теплового моделювання ІС на основі ППП “Р- SPICE” // 5- та Міжнародна науково- практична конференція УКРСОФТ- 95, Львів.- 1995.- с.59.

11. Gotra Z., Stakhira R., Stakhira P., Pavlishin O. Thermophotoresistive effect in semiconductors // 1- st International Modelling School- Krym, Alushta, Ukraine.- 1996,- p. 10.

12. Zenon Gotra, Roman Stakhira, Pavlo Stakhira, Oleg Pavlishin. Thermophotoresistive effect in semiconductors // 1- st International Modelling School of AMSE- UA, Alushta, Ukraine.-1996.- p. 59- 62.

13. Заявка на винахід № 95010317 від 23.01.95. МОН- ПТ. Готра

З.Ю., Лихобабін М.П., Стахіра П.Й., Павлишин О.В.

14. Заявка на винахід № 94086685. Спосіб виготовлення інтегрального перетворювача оптичного сигналу. Готра З.Ю., Лихобабін М.П., Стахіра П.Й., Павлишин О.В. // Бюл. “Промислова власність”.- 1996р.- № 1.- с.2.107.

15. Заявка на винахід № 94127860. Регулятор рівня струму. Готра

З.Ю., Лихобабін М.П., Стахіра П.Й., Павлишин О.В. // Бюл.

“Промислова власність”,- 1997р.- № 1.- с.2.72.

19

16. Zenon Gotra, Pavlo Stakhira, Roman Stakhira, Oleg Pavlishii

Wlodzimierz Kalita. Zjawiska Termo- Fotorezystywne w Elementac Optoelectronicznych // VI Konferencja Naukowa: Technologi

Elektronowa, Krynica.- 1997,- V.2.- p. 82- 85.

17. Pavlo Stakhira, Roman Stakhira, Oleg Pavlishin, Grzegorz Blac Dariusz Klepacki. Czyjniki Natezenia Oswietlenia na Bazie Krystalo' Warstwowych // VI Konferencja Naukowa: Technologia Elektronow; Krynica.- 1997,- V.2.- p. 760- 763.

18. Заявка на винахід №97052298 від 19.05.97. Спосіб підвищенн чутливості фотоприймачів. Готра З.Ю., Стахіра П.Й., Павлишин О.В.

Павлишин О.В. Термофоторезистивний ефект для мікроелектронних сенсорів,- Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.27.01- твердотільна електроніка.- Особливе конструкторське бюро “РУТА”, Чернівці, 1998.

Виявлений та досліджений термофоторезистивний ефект, який виникає при сумісній дії на кристал модульованого по інтенсивності оптичного випромінювання та низькочастотної зміни температури, що зумовлює зміну динамічної провідності напівпровідника та зміщення фази термофотопровідності. Створена математична модель генераційно- рекомбінаційних процесів, виведено рівняння термофотопровідності. Предсташіена методика та проведені дослідження термофоторезистивного ефекту. Розроблений ряд нових мікроелектронних сенсорів, принцип дії яких базується на явищі термофотопровідності.

Ключові слова: термофоторезистивний ефект, термофотопро-відність, шаруватий кристал, модуляція, сенсор інфрачервоного випромінювання.

Павлишин О.В. Термофоторезистивний эффект для микроэлектронных сенсоров,- Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.27.01.- твердотельная электроника.- Особливе конструкторське бюро “РУТА”, Черновцы, 1998.

Обнаружен и исследован термофото резистивный эффект,

который возникает при совместном воздействии на кристалл

модулированного по интенсивности оптического излучения и

низкочастотного изменения температуры, что приводит к изменению

динамической проводимости полупроводника и смещению фазы

21