Учебное пособие 1612

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Воронежский государственный

технический университет»

60 НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ ПРОФЕССОРСКО-ПРЕПОДАВАТЕЛЬСКОГО СОСТАВА, СОТРУДНИКОВ, АСПИРАНТОВ И СТУДЕНТОВ ВГТУ

Секции «Материалы и технология полупроводниковых приборов», «Проектирование и надежность полупроводниковых приборов и ИС»

Тезисы докладов (г. Воронеж, 14 апреля 2020 г.)

Воронеж 2020

УДК 538.975

С.И. Рембеза, Т.В. Свистова, Т.А. Перепечина

СПОСОБЫ КОНТРОЛЯ ПРЕДЕЛЬНО-ДОПУСТИМЫХ КОНЦЕНТРАЦИЙ ТОКСИЧНЫХ ГАЗОВ В ВОЗДУХЕ

Вбыту, на производстве, на складах, в исследовательских лабораториях и в целом для экологического мониторинга возникает необходимость контроля предельно-допустимых концентраций (ПДК) токсичных газов во избежание негативного воздействия на здоровье человека и окружающую среду.

Всвязи с этим широко распространены газоанализаторы различного строения и назначения. Наиболее перспективными и экономически выгодными считаются металлооксидные полупроводниковые газовые датчики, сочетающие в себе миниатюрность, малое энергопотребление, избирательность, простоту механизма чувствительности и высокий отклик на минимальные изменения концентраций газов в атмосфере.

Среди недостатков таких газовых сенсоров можно выделить следующие: сложность в одновременной реализации сразу всех преимуществ, перечисленных выше, и частая необходимость высокотемпературного отжига для стабилизации параметров датчиков, что ведет к деградации материалов и уменьшению срока работы газоанализатора.

Целью работы является создание газового датчика с максимально возможной высокой чувствительностью (ppm/ppb) при работе на температурах, не превышающих 100 °С. Выполнение заданных условий возможно при полной замене отжига на УФ стимуляцию, либо при сочетании УФ облучения с небольшим нагревом чувствительных элементов газосенсора. Поверхностная модификация элементов также снижает температуру максимальной газовой чувствительности и усиливает отклик.

Вкачестве опытных образцов были выбраны тонкие пленки на основе оксида кремния и оксида цинка. Проводились исследования по обнаружению отклика к токсичным парам аммиака, ацетона

иуглекислого газа в воздухе.

3

УДК 538.975

А.А. Носов, С.И. Рембеза

ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ПЛЁНОК, ИЗГОТОВЛЕННЫХ ЗОЛЬ-ГЕЛЬ МЕТОДОМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ УФ-ИЗЛУЧЕНИЯ

Материалы, полученные посредством золь-гель технологии, продолжают привлекать внимание, это, скорее всего, связано с универсальностью их обработки и легкостью, с которой их свойства могут быть адаптированы к конкретному применению. Для удаления органических компонентов и ускорения конденсации использовалось сочетание термического отжига и УФ-облучения.

Исследуемым веществом был выбран станнат цинка (Zn2SnO4) из-за его выдающихся физических и химических свойств. Цель работы

– исследование пленок Zn2SnO4, изготовленных с использованием золь-гель методики и УФ-отжига.

В качестве прекурсоров для приготовления раствора были выбраны ацетат цинка, хлорид олова. Данные вещества перемешивались в 2-метоксиэтаноле на магнитной мешалке в течение 2 часов при 75 оС до полного растворения. Далее полученный золь переходил в фазу геля в течение 15 дней при температуре порядка 18 оС. Полученный гель наносился на стеклянные подложки методом центрифугирования при 2000 об./мин. После нанесения образцы были высушены при 110 оС в течение 4 часов. Поверхностное сопротивление образцов после сушки составило порядка 210 МОм/ . Далее образцы подверглись УФоблучению при температуре 250 оС в течение 72 часов. После чего их поверхностное сопротивление составило порядка 10 МОм/ .

Полученные образцы имеют толщину порядка 1.5 мкм, а также обладают пропусканием в видимой области спектра порядка 65 %. Зная толщину образца, вычислили коэффициент поглощения пленок Zn2SnO4, затем спектр пропускания построили в координатах (αhν)2 = f(hν). По полученному графику было найдено значение ширины запрещённой зоны, ΔEg ≈ 3.5 эВ, что совпадает со справочным значением ширины запрещённой зоны для Zn2SnO4. Были получены рентгеновские спектры синтезированных образцов, на которых видно, что пленка содержит необходимую фазу Zn2SnO4, а также отсутствует хлор, который присутствовал в исходных компонентах.

4

УДК 534.143

В.И. Митрохин, А.Д. Анисимов

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКОЙ ДОБРОТНОСТИ РЕЗОНАТОРА ПО ЗАТУХАНИЮ СВОБОДНЫХ КОЛЕБАНИЙ

Электрические резонаторы, основанные на пьезоэлектрическом эффекте, обладают высокой добротностью и стабильностью параметров. Это способствует их применению, например, в кумулятивных снарядах для противотанковых гранатомётов РПГ-7: при столкновении с препятствием пьезоэлектрическая часть на конце головной части снаряда подает электрический сигнал на детонатор. Кроме того, такое устройство может позволить генерировать электричество при помощи механического давления. Также они используются в звукоснимателях для музыкальных инструментов, вычислительной технике, измерительной аппаратуре и частотно-селективных приемниках оптических сигналов, которым посвящена диссертанионная работа.

Было проведено экспериментальное измерение пьезоэлектрических излучателей ЗП-5, ЗП-11 и ЗП-19 с помощью установки, в которую входят генератор ГЗ-33, осциллограф С1-72 и нагрузочный резистор сопротивлением 68 Ом. Эти излучатели представляли собой металлические диски, на которые нанесено тонкое керамическое покрытие, и отличались друг от друга диаметром. Построены спектральные характеристики каждого образца, вычислена добротность (отношение резонансной частоты к полосе пропускания), составлявшая 0,8, 0,9 и 1,7 в порядке уменьшения диаметра изученных образцов. Полоса пропускания – это область частот, в пределах которой частотные искажения не превышают заданной величины, равна разности частот на 70 % от амплитуды резонансной частоты.

5

УДК 534.21

И.А. Богданов, В.И. Митрохин

АКУСТООПТИЧЕСКИЙ ФИЛЬТР НА ПОВЕРХНОСТНЫХ АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛНАХ

Успешность разработки радиоэлектронной аппаратуры по сей день во многом зависит от внедрения твердотельных устройств аналоговой обработки сигналов.

Больший интерес приобретают устройства, принцип действия которых основан на распространении, возбуждении и детектировании поверхностных акустических волн (ПАВ).

Данные устройства доказали свое значительное превосходство над их аналогами в радиоэлектронной аппаратуре благодаря высоким электрическим параметрам, малым габаритам, надежности, а также возможности массового изготовления на основе технологии микроэлектроники.

ПАВ представляют собой основу для построения целого класса фильтров. Они распространяются по поверхности соответствующих 10твердых3до104тел при пренебрежимо малых потерях со скоростями от , что позволяет на практике реализовать фильтры ПАВ для

диапазона рабочих частот от 30 до 800 МГц.

Затронутые темы в докладе дают рабочую информацию об устройствах на ПАВ, предназначенных для селекции сигналов в определенной полосе частот, а также для коррелирования и формирования сигналов сложной формы.

6

УДК 621.372

Т.В. Свистова, М.А. Авдеев

СИНТЕЗ И ИССЛЕДОВАНИЕ СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ НА ОСНОВЕ МЕТАЛЛООКСИДНЫХ ПЛЕНОК

В последнее время гетеропереходы на основе металлооксидных полупроводников (SnO2, ZnO и CuхO) широко применяются для создания различного типа детекторов, фото- и оптоэлектронных устройств. К преимущества солнечных элементов на основе металлооксидных пленок можно отнести возможность использования распространенных материалов, не требующих высокого уровня очистки, недорогого оборудования, простоту изготовления структуры, эксплуатацию солнечных элементов в широком диапазоне температур, низкую токсичность производства и компонентов.

Целью работы является синтез и исследование солнечных элементов на основе металлооксидных пленок p-CuхO / n-ZnO / n-

SnO2.

Исследуемые гетероструктуры были синтезированы на стеклянных подложках. Слой n-SnO2:Sb (1,5 %) наносился на разо-

гретую до 520 °С подложку методом «спрей» пиролиза из концентрированного водного раствора хлорида олова (SnCl2 ∙ 2H2O) c д о- бавлением хлорида сурьмы (SbCl3). Буферный слой n-ZnO был создан методом «спрей» пиролиза из водного раствора ацетата цинка (Zn(CH3COO)2 ∙ 2H2O). Слой CuхO наносился методом электролиза из раствора, содержащего сульфат меди (CuSO4 5H2O), молочную кислоту (C3H6O3), гидроксид лития (LiOH), дистиллированную воду. Режимы осаждения: плотность тока 1 мА/см2, температура рас-

твора 40 °С, время нанесения 10 мин. Контакты к структуре созданы методом термического испарения в вакууме.

Проведены измерения электрофизических характеристик гетероструктур, таких как: вольт-амперная характеристика, вольтамперная характеристика в фотогальваническом режиме, люксамперная характеристика. Определены основные параметры солнечных элементов на основе гетероструктур: КПД (эффективность), фактор заполнения, напряжение холостого хода, ток короткого замыкания (плотность тока короткого замыкания).

7

УДК 539.67:621.315.592

В.И. Митрохин, Р.А. Вахтин

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ МИКРОЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЙ РЕЗОНАТОР

Для минимизации мешающего влияния помех и шумов при приеме оптических сигналов инфракрасного и видимого диапазонов предлагается использование фотопьезоэлектрических резонаторов, обладающих свойствами частотной селекции модулированных сигналов в тракте преобразования оптической энергии в электрическую. Фотоприёмники со свойствами селективного приёма оптических сигналов основаны на использовании электромеханического резонанса в полупроводниковом пьезоэлектрическом резонаторе. Высокая чувствительность и частотная избирательность такого устройства обеспечиваются за счет параметрического усиления сигнала на частоте механического резонанса в процессе последовательного преобразования энергии оптического сигнала: оптическая – электрическая (фото-ЭДС) – акустическая (обратный пьезоэффект)

– электрическая (прямой пьезоэффект), на выходных электродах. Такой процесс получил название фото-акусто-пьезоэлектрического.

Целью данной работы было исследование акустических, электрических и оптических характеристик фоточувствительного полупроводникового резонатора консольной конструкции, сочетающего свойства оптического приёмника и высокоизбирательного пьезоэлектрического фильтра.

Установлено, что у пластины арсенида галлия с плоскостью среза {100} c набольшей величиной поперечного пьезоэлектрического эффекта наблюдается максимальный коэффициент фотопьезолектрического преобразования, а, следовательно, максимальная оптическая чувствительность. Выявлено также влияние сопротивления нагрузки и атмосферных условий на добротность резонатора.

8

УДК 621.389

С.А. Акулинин, К.С. Гопенко

ТЕХНОЛОГИЯ И ПАРАМЕТРЫ МЕМРИСТОРНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ПАМЯТИ

Всовременном мире существует большое разнообразие элементов памяти. Наряду с динамической, статической и флешпамятью, которые используется повсеместно, учёные по-прежнему найти альтернативу. То есть память, имеющую большую плотность ячеек за меньшую цену конечного продукта.

Таким образом, в 1971 году появилась теория мемристора, созданная профессором Леоном Чуа. Он был первым, кто постулировал существование мемристора. Через тридцать семь лет после этого Ричард Стэнли Уильямс в 2008 году создал лабораторный образец запоминающего элемента, обладающего некоторыми свойствами мемристора.

У нового устройства подтвердилось наличие явления гистерезиса, что позволило использовать его как ячейку памяти. Теоретически мемристорные элементы памяти могут быть более плотными и быстрыми, чем флеш-память.

Данное предположение, сделанное Леоном Чуа в 1971 году, казалось перспективным, но поскольку на тот момент не было возможности создать рабочий мемристор, то разработки в этой области прекратились. Когда в 2008 году был получен мемристор, уже существовали распространенные сейчас динамические и статические виды памяти. В результате от мемристорной памяти снова отказались в пользу уже разработанной и запущенной в массовое производство.

Вданной работе планируется исследование особенностей

мемристора, как элемента памяти, его технологии и возможных перспектив использования в этой сфере. Будет проверено наличие явления гистерезиса и изучены основные параметры мемристора.

9