М.Ю. НИКИФОРОВА, Б.И. ПОДЛЕПЕЦКИЙ, Е.Н. РАСКУТИНА, М.В. СУВОРОВА ВЛИЯНИЕ СВЕТОВОГО

УДК 621.382(06) Микроэлектроника
М.Ю. НИКИФОРОВА, Б.И. ПОДЛЕПЕЦКИЙ,
Е.Н. РАСКУТИНА, М.В. СУВОРОВА
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
ВЛИЯНИЕ СВЕТОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
НА МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИНТЕГРАЛЬНЫХ ДАТЧИКОВ ВОДОРОДА
Исследовано воздействие светового излучения на параметры откликов МДПтранзисторных сенсорных элементов интегральных датчиков водорода
Последние несколько лет на кафедре микроэлектроники МИФИ проводятся комплексные исследования новых типов интегральных полупроводниковых датчиков водорода (ИДВ). Датчики, изготовленные по стандартной n-МДП технологии на основе кремниевого чипа (22мм2), содержат сенсорные элементы (МДП-транзистор со структурой Si-SiO2-Ta2O5Pd и палладиевый тонкоплёночный резистор), нагреватель в виде диффузионного резистора и тестовый МДП-транзистор с алюминиевым затвором, используемый в качестве сенсора температуры кристалла. Физический принцип работы [1] такого сенсора заключается в изменении порогового напряжения МДП-транзистора U0 при постоянном токе стока в
результате увеличения положительного заряда в структуре Pdдиэлектрик-полупроводник под действием газообразного водорода, абсорбирующегося в тонком слое (30-50 нм) палладиевой плёнки. Сенсоры
характеризуются [1-2] низким порогом чувствительности (< 10 ррm), высоким быстродействием (< 10 с на уровне 0,5 отклика при 100 ррm) и
малой потребляемой мощностью (<0,15 Вт).
Внешние факторы, такие, как температура, облучение структуры,
ионизирующая радиация, могут оказывать существенное влияние на характеристики МДП-структур. Ранее [3] было показано, что необходимо
учитывать влияние светового излучения на параметры откликов сенсоров
ИДВ в условиях изменяющейся освещенности. Поэтому было проведено
исследование влияния светового излучения на параметры откликов МДПтранзисторных чувствительных элементов ИДВ. Источником светового
излучения являлась лампа накаливания мощностью 100 Вт. Мощность
излучения изменялась удалением источника от кристалла датчика.
Проведены исследование воздействия светового излучения на метрологические характеристики МДП-сенсорных элементов при различных
мощностях светового потока для концентраций водорода в воздухе 800,
______________________________________________________________________
ISBN 5-7262-0555-3. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2005. Том 1
95
УДК 621.382(06) Микроэлектроника
2000 и 3000 ppm и исследование метрологических характеристик откликов на водород в воздухе при двух значениях мощностей светового потока.
Анализ результатов исследований метрологических характеристик
МДП-транзисторных сенсорных элементов показал, что чувствительность
к водороду (рис. 1) в области низких концентраций (до 2000 ppm) при
большей освещенности кристалла (зависимость 2) уменьшается, быстродействие сенсоров понижается (времена переднего и заднего фронтов откликов возрастают), стабильность отклика в пределах погрешностей остается неизменной. С уменьшением мощности светового потока чувствительность МДП-транзисторных сенсорных элементов к водороду понижается, быстродействие увеличивается (времена задних фронтов отклика
уменьшаются, а времена передних фронтов остаются неизменными в пределах погрешностей), стабильность отклика улучшается.
1,4
1,2
S, мВ/ppm
1,0
0,8
1
0,6
0,4
2
0,2
0,0
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
N, ppm
Рис. 1. Типичная зависимость чувствительности МДП-транзисторных
элементов ИДВ к водороду до и после воздействия светового излучения
Предлагаются изменения модели чувствительности сенсорных элементов к водороду ИДВ [1] с учетом освещенности кристалла датчика.
Список литературы
1. Никифорова М.Ю. Уточненная физико-химическая модель работы МДПтранзисторного водородочувствительного элемента // Научная сессия МИФИ-2003: Сб. науч.
тр. в 12 т. М., 2003.Т.1.С. 131-132.
2. Подлепецкий Б.И., Никифорова М.Ю., Гуменюк С.В. Влияние светового излучения
на параметры отклика интегральных сенсоров водорода // Известия вузов. Электроника.–
2002.–№ 6.–С. 44-47.
______________________________________________________________________
ISBN 5-7262-0555-3. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2005. Том 1
96
УДК 621.382(06) Микроэлектроника
______________________________________________________________________
ISBN 5-7262-0555-3. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2005. Том 1
97