УДК 621.315.592
АГАЕВА Р. С., ГУСЕЙНОВ Я.Ю.
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛАГОЧУВСТВИТЕЛЬНОГО ЭЛЕМЕНТА
НА ОСНОВЕ ПОРИСТОГО КРЕМНИЯ.
Cумгаитский Государственный Университет, Азербайджан
АЗ 1208, Сумгаит,43-й кв-л, тел(99412) 497-59-69
Пористый кремний (ПК) представляет большой интерес своими
необычными свойствами и областями применения: на его основе в
настоящее время разрабатываются излучающие и фотоприемные уст-
ройства, катоды для вакуумной микроэлектроники, анализаторы газов,
биологические сенсоры и др. [1]. Материалы международной конфе-
ренции по пористым полупроводникам [2] свидетельствуют о широких
возможностях использования ПК в микроэлектронной сенсорике.
Вследствие этого существует необходимость более глубокого изуче-
ния электрических параметров ПК, процессов переноса зарядов на его
поверхности.
Ранее нами было предложено использовать ПК для разработки
сенсора влажности [3]. Образцы изготавливались в виде МДП - струк-
туры, в которых в качестве подзатворного диэлектрика использовалась
пленка двуокиси кремния, выращенная на ПК, адсорбционные свойст-
ва которой определяются наличием на ее поверхности групп SiOH,
удерживающих молекулы Н2О. На рис. 1 показана структура сенсора
влажности с пористой пленкой SiO2, сформированной путем обработ-
ки кремния в 10%-ом растворе плавиковой кислоты при плотности
тока 2 мА/см2. После обработки кремний подвергался термической
обработке при Т=1100С.
В качестве металлического затвора методом вакуумного напы-
ления наносилось пленка алюминия, которая после фотолитографии
вжигалась в инертной среде при температуре 300-350 С в течение 15-
20 минут.
Основным преимуществом данных структур по сравнению с
обычными сенсорами в виде МДП структур на основе монокристалли-
ческого кремния помимо простоты изготовления и дешевизны являет-
ся возможность детектирования при комнатной температуре.
Для подготовки образцов к работе и уменьшению времени от-
клика перед вторичным использованием можно применить подогрев
при температуре 150 С с помощью диода или транзистора, располо-
женного со стороны подложки. Параллельное измерение емкостных
свойств структур позволило в температурном интервале 130-195К на
частоте 1МГц изучить температурную зависимость диэлектрической
проницаемости ПК. Методика определения величины диэлектрической
проницаемости описана в [4]. График зависимости (т) для типичных
образцов ПК приведен на рис. 2. При понижении температуры величи-

на уменьшалась на 20-30%, причем наибольшие изменения характер-
ны для области 210-295 К. Причиной уменьшения пористого кремния
при охлаждении может быть изменение диэлектрических проницаемо-
стей фаз, составляющих пористый слой.
Al
пор SiO2
ПК
n-Si

Рис.1. Конструкция сенсора влажности на основе
МДП- структуры с пористым двуоксидом кремния.
В рамках двухфазной модели ПК можно рассматривать как
двухкомпонентный материал, содержащий кремний (1) и диэлектри-
ческую фазу (2).
Известные данные о температурной зависимости диэлектриче-
ской проницаемости монокристаллического кремния 1 для разных
частот и аппроксимация ее на частоту 1 МГц свидетельствует о том,
что монокремний при понижении температуры от комнатной до 130К
уменьшает величину диэлектрической проницаемости на 3% [5].
В этом случае диэлектрическая проницаемость двухкомпонент-
ной смеси при условии заполнения пор воздухом (2=1), согласно[5],
не должна изменяться более, чем на 3%.
Поэтому наблюдаемые температурные изменения величины
ПК свидетельствуют о наличии диэлектрической среды с 2>1, которая
окружает кристаллиты кремния. Полученные результаты показывают,
что пленки ПК могут успешно применяться в качестве сенсоров влаж-
ности.


Рис. 2. Температурная зависимость диэлектрической
проницае-
мос-ти ПК с различной пористостью: 1-55%;2-60%;3-65%.

1 Бондаренко В.П., Борисенко В.Е., Глиненко Л.Н., Райко В.А. Новые
области применения пористого кремния в полупроводниковой элек-
тронике //Зарубежная электронная техника.-1989.-9(340).-С.55-84.
2. Materials of the International Conference Porous Semiconductors-
Science and Technology.-Mallorca.-1998.-260p.
3.Абдуллаева Р.С. Микроэлектронный сенсор влажности с частотным
выходом //Труды МНТК Информационные и электронные техно-
логии в дистанционном зондировании, посвященной 70-летию
акад. А.Ш. Мех-тиева.-Баку.- Декабрь 2004.-С.389-390
4.Зимин С.П., Комаров Е.П.Емкость структур с толстым слоем порис-
того кремния //Письма в ЖТФ.-1996.-Т.22, вып.19.-С.69-73.
5.Магунов А.Н. Температурная зависимость показателя преломления
монокристалла кремния//Оптика и спектроскопия.-1992.-Т.73,вып.
2.-С.352-354

Document Outline