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 МДП-транзисторных 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-Ta2O5-Pd 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 Pd-диэлектрик-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 (t< 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 МДП-транзисторных 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, 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.

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 физико-химическая модель работы МДП-транзисторного водородочувствительного элемента // Научная сессия МИФИ-2003: Сб. науч. тр. в 12 т. М., 2003.Т.1.С. 131-132.

2. , , Гуменюк светового излучения на параметры отклика интегральных сенсоров водорода // Известия вузов. Электроника.–2002.–№ 6.–С. 44-47.