Спосіб виготовлення напівпровідникового газового датчика, чутливого до сірководню

Спосіб виготовлення напівпровідникового газового датчика, чутливого до сірководню, що 3 25783 основі частково окисненого пористого кремнію (ПК). Шар пористого кремнію був отриманий методом електрохімічного травлення монокристалічного кремнію р-типу з наступним анодним окисненням. Діодні структури з бар'єром Шоттки були отримані осадженням в вакуумі (методом термічного випаровування) каталітичне активного паладієвого електроду на шар частково окисненого пористого кремнію. В якості параметру, який змінюється під дією газового середовища (сірководню) було обрано зворотній струм через діодну стр уктуру при фіксованій напрузі в області, яка близька до зворотного пробою, де спостерігалась найбільша чутливість до сірководню. На відмінність від вищеописаних способів, прототип не має недоліків пов'язаних з необхідністю використання додаткових хімічних сполук для визначення сірководню у повітрі. Датчик виготовлений по даному способу має високу чутливість та швидкодію, низьке енергоспоживання та виготовлений по мікроелектронній технології. Недоліком способу виготовлення прототипу є використання методу анодного окислення пористого кремнію, в результаті чого на поверхні ПК формується тонкий шар дефектного оксиду. Це приводить до нестабільності вимірюваного робочого струму, як в атмосфері з сірководнем, так і без нього та до зниження точності реєстрації шкідливого газу. Задачею корисної моделі є підвищення стабільності електрофізичних характеристик та точності вимірювання концентрації сірководню в повітрі газочутливої стр уктури при збереженні високої чутливості. Для вирішення поставленої задачі запропоновано спосіб виготовлення напівпровідникового газового датчика, чутливого до сірководню, який включає формування на монокристалічній пластині кремнію р-типу шару пористого кремнію методом електрохімічного травлення, його окиснення та осадження на його поверхню плівки паладію, а також нанесення металічних контактів. Для окиснення шару ПК використовують метод термічного відпалу при температурі 450-550°С протягом 3045хв. в атмосфері аргону та кисню. Процес термічного окиснення з вказаними параметрами приводить до більш повного та рівномірного окиснення шару ПК, покращенню якості межі поділу ПК-Si та повному видаленню залишків електроліту з пор, що приводить до підвищення стабільності електрофізичних характеристик отриманих МДН-стр уктур в газовому середовищі. Це, в свою чергу, приводить до зменшення флуктуації корисного сигналу і підвищення точності вимірювання концентрації сірководню в повітрі. Газочутливим параметром датчика є електрична ємність МДН-структури. Дисоціативна адсорбція молекул воднемістких газів на поверхні паладієвого електроду приводить до зміни фіксованої на 4 рівні плоских зон ємності МДН-структури пропорційно концентрації екологічно шкідливого газу в атмосфері. Принцип роботи датчика наступний. При появі домішки сірководню в повітрі молекули газу, адсорбуючись на поверхні паладію, дисоціюють з утворенням атомів водню. Атомарний водень дифундує на межу поділу паладій-ПК, де утворює дипольний шар. Додатковий заряд дипольного шару змінює роботу виходу електронів з паладію, що приводить до зсуву вольт-ємнісних характеристик МДН-структури і, як наслідок, це приводить до зміни фіксованої ємності на рівні плоских зон пропорційно концентрації вимірюваного газу. Приклад виготовлення Датчик сірководню було виготовлено на монокристалічній пластині кремнію р-типу з питомим опором 10Ом×см. Шар пористого кремнію було сформовано методом анодного електрохімічного травлення кремнію в водному розчині плавикової кислоти. Товщина шару ПК складала 1,5мкм, пористість становила 70%. Термічне окиснення ПК відбувалось при температурі 480°С в атмосфері аргону та кисню (80%Ar+20%O2), час процесу складав 40хв. Осадження плівки паладію товщиною 50нм було зроблено методом магнетронного розпилення. Для нанесення алюмінієвих контактів на поверхню паладію та кремнію було використано метод термічного випаровування в вакуумі. Корисна модель пояснюють фігури. На Фіг.1 представлена послідовність технологічних операцій виготовлення датчика сірководню: 1) нанесення омічного алюмінієвого контакту 2 на зворотну сторону монокристалічної пластини кремнію р-типу 1; 2) формування шару пористого кремнію 3 методом електрохімічного травлення пластини кремнію 1; 3) термічне окиснення шару пористого кремнію 4; 4) осадження паладієвої плівки 5; 5) нанесення алюмінієвих контактів 2 на поверхню паладію 5. На Фіг.2 приведена ізотерма адсорбції сірководню, яка демонструє високу чутливість МДНструктур до низьких концентрацій газу 5-50ppm. На Фіг.3 показана кінетика зміни сигналу датчика під дією сірководню (25ppm), яка дає можливість визначення часу відгуку да тчику і складає менше 15с. Таким чином, запропонований спосіб дозволяє виготовляти на основі мікроелектронної планарної технології твердотільні, малогабаритні, низького енергоспоживання та вартості газові датчики, які мають високу швидкодію, чутливість, точність і стабільність електрофізичних характеристик при визначення сірководню низьких концентрацій в повітрі. 5 Комп’ютерна в ерстка А. Рябко 25783 6 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601