Учебное пособие 800594

ТВЕРДОТЕЛЬНАЯ

ЭЛЕКТРОНИКА,

МИКРОЭЛЕКТРОНИКА

И НАНОЭЛЕКТРОНИКА

Межвузовский сборник научных трудов

Выпуск 18

Воронеж 2019

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Воронежский государственный технический университет»

ТВЕРДОТЕЛЬНАЯ ЭЛЕКТРОНИКА, МИКРОЭЛЕКТРОНИКА И НАНОЭЛЕКТРОНИКА

Межвузовский сборник научных трудов

Выпуск 18

Воронеж 2019

ВВЕДЕНИЕ

Медвузовский сборник научных трудов «Твердотельная электроника, микроэлектроника и наноэлектроника» выходит в восемнадцатый раз. По сложившейся традиции в сборнике объединены результаты исследований преподавателей и научных работников нескольких вузов и научно-исследовательских организаций г. Воронежа: Воронежского государственного технического университета, Воронежского государственного университета, Воронежского государственного университета инженерных технологий, Международного института компьютерных технологий, Военно-воздушной академии им. Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина», АО «Научно-иссле- довательский институт электронной техники», ОАО «Научно-иссле- довательский институт полупроводникового маширостроения», а также Липецкого государственного технического университета.

Статьи охватывают широкий круг актуальных вопросов твердотельной электроники, микроэлектроники и наноэлектроники, посвящены проблемам исследования новых перспективных материалов, проблемам конструирования и проектирования, моделирования технологических процессов, разработке новых технологических процессов, исследованию влияния внешних воздействий на параметры полупроводниковых приборов и интегральных схем, а также разработке новых приборов и устройств в микроэлектронике.

Сборник содержит результаты исследований, выполненных научными коллективами при участии аспирантов, магистрантов и студентов, а также научных и инженерно-технических работников вузов и научно-исследовательских учреждений. Во многих случаях это экспериментальные данные, полученные при выполнении докторских и кандидатских диссертаций, выпускных квалификационных работ. Большинство работ имеет несомненную практическую ценность.

Сборник предназначен для специалистов, работающих в области твердотельной электроники и микроэлектроники, может быть полезен аспирантам направления подготовки 11.06.01 «Электроника, радиотехника и системы связи», направленности 05.27.01 «Твердотельная электроника, радиоэлектронные компоненты, микро- и наноэлектроника, приборы на квантовых эффектах», а также студентам направления подготовки 11.03.04 «Электроника и наноэлектроника».

3

УДК 538.975

С.И. Рембеза, А.А. Носов, С.А. Белоусов*

СВОЙСТВА ПЛЕНОК Zn2SnO4, ИЗГОТОВЛЕННЫХ ЗОЛЬ-ГЕЛЬ МЕТОДОМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ УФ-ИЗЛУЧЕНИЯ

Работа посвящена исследованию тонких пленок Zn2SnO4, изготовленных золь-гель методом. Необходимый химический состав пленок достигается путем применения термического отжига совместно с УФизлучением. Синтезированные пленки Zn2SnO4 имеют прозрачность 60 – 70 % и могут быть применены в прозрачной электронике.

Металлооксидные полупроводники вызывают значительный интерес в качестве слоев для тонкопленочных транзисторов из-за высокой подвижности электронов, хорошей однородности и высокой прозрачности, однако изготовление данных пленок требует высоких температур. Среди различных попыток достичь низкотемпературного синтеза комбинация ультрафиолетового отжига и зольгель метода является наиболее перспективным методом благодаря эффективному удалению органических компонентов и ускорению конденсации М-О-М с помощью сочетания термического отжига и УФ-облучения.

Вкачестве исследуемого металлооксида был выбран станнат цинка ввиду его электропроводности и дешевизны исходных компонентов. Цель работы – получение прозрачных, промеряемых пленок Zn2SnO4 с применением золь-гель методики и УФ-отжига.

Вкачестве исходных компонентов для приготовления раствора были выбраны: ацетат цинка, хлорид олова. Данные вещества,

всоотношении 2 : 1, соответственно, перемешивались в 2-метокси- этаноле на магнитной мешалке в течение 2 ч при 75 оС до полного растворения [1]. Далее, выше полученный золь при комнатной температуре переходил в фазу геля в течение 15 дней (рис. 1).

Анализ полученного графика показывает, что образование геля начинается через 10 дней после приготовления раствора. На 15-ый день гелеобразование останавливается, раствор становится мутным, светло-желтого цвета.

4

Рис. 1. Изменение вязкости раствора в течение 15 дней

Образовавшийся гель наносился тонким слоем на стеклянные подложки с помощью центрифугирования при 1500 об/мин. После чего образцы были термообработаны при 110 оС в течение 6 ч. Поверхностное сопротивление пленок Zn2SnO4 после сушки составило порядка - облучению при температуре 320 оС в течение 72 ч для удаления лишних компонентов из пленок. После обработки УФ-облучением поверхностное сопротивление уменьшилось до порядка

Изготовленные образцы Zn2SnO4 имеют толщину порядка 1,5 мкм, а также прозрачны в видимой области спектра, обладая пропусканием в пределах 60 – 70 % (рис. 2).

По известной толщине образца вычислили коэффициент поглощения пленок Zn2SnO4 и затем спектр пропускания построили в координатах (αhν)2 = f(hν) (рис. 3). По полученному графику можно легко найти значение ширины запрещённой зоны образцов станната цинка, продлив прямую линию до пересечения с осью абсцисс. Из рис.3 видно, что ΔEg ≈ 3,5 эВ, что хорошо согласуется со справочным значением ширины запрещённой зоны для Zn2SnO4 [2].

Были получены рентгеновские спектры синтезированных образцов (рис. 4), из которых видно, что пленка содержит необходимую фазу Zn2SnO4, а также, что отсутствуют фазы с наличием хлора, который присутствовал в исходных компонентах.

5

Рис. 2. Спектр пропускания пленки Zn2SnO4

Рис. 3. Зависимость (αhν)2 от энергии

6

УДК 621.372

С.Ю. Яковлев

РАЗРАБОТКА АНАЛОГОВОЙ ЧАСТИ ПОРТАТИВНОГО ГАЗОАНАЛИЗАТОРА ОКИСИ АЗОТА

Рассматривается проектирование аналоговой части портативного ручного газоанализатора для измерения концентрации окиси азота (NO)х в выдыхаемом воздухе человека. Схема содержит мост Уитстона, измерительный усилитель и аналоговый цифровой преобразователь.

В САПР Orcad Capture PSPICE 17.2 Professional была разра-

ботана схема газоанализатора окиси азота. Аналоговая часть состоит из моста Уитстона, где находится газочувствительная пленка, которая способна изменять свое сопротивление при появлении газа окиси азота в воздухе.

R1, R2 и R3 – это постоянное сопротивление, а Rx обозначается газочувствительная пленка, сопротивление которой 1 МОм и оно может уменьшается до 10 кОм (рис. 1).

Рис. 1. Спроектированная схема мостика Уинстона

вСАПР Orcad Capture PSPICE 17.2 Professional:

а– разбалансированный мост; б – сбалансированный мост

8

Но из-за большого сопротивления резисторов получается маленькое напряжение, и чтобы его усилить применим измерительный усилитель [1, 2]. Сам измерительный усилитель состоит их трех операционных усилителей LM741 и семи резисторов (рис. 2).

Рис. 2. Спроектированная схема измерительного усилителя в САПР Orcad Capture PSPICE 17.2 Professional

После чего идет аналоговый цифровой преобразователь, который преобразовывает напряжение в цифровой сигнал (рис. 3).

Рис. 3. Полученный цифровой сигнал на выходе

9