Лаборатория металлооксидных полупроводников

Лаборатория перспективных материалов для газовых и химических сенсоров, целью которой является исследование новых материалов и разработка приборов на их основе для широкого спектра применения, детектирования газов и веществ в атмосфере и жидких средах.

Задачи лаборатории:

1. Исследование газовой чувствительности тонких пленок оксида галлия. Результатом решения этой задачи является разработка селективных сенсоров кислорода, способных детектировать газ в широком диапазоне изменения концентраций 0 – 100 об. %.
2. Разработка шумового метода детектирования газов на основе анализа спектра плотности мощности шумов металлооксидных сенсоров. Ожидается повысить чувствительность сенсоров в области низких концентраций газов на уровне десятков ppb и селективность к детектируемым газам.
3. Разработка новых технологий получения материалов для газовых и химических сенсоров. Толстопленочные и тонкопленочные технологии получения халькогенидных полупроводников.
4. Исследование газовой чувствительности МОП-структур на основе арсенида галлия и кремния.
5. Разработка методов повышения чувствительности, селективности и снижения электропотребления сенсорами на основе металлооксидных полупроводников.

Достигнутые результаты:

1. Показана возможность селективного детектирования NO₂ в воздухе начиная с концентрации 1 ppm сенсорами на основе тонких пленок Au/WO₃:Au при замене постоянного нагрева облучением диодом с длиной волны максимума интенсивности излучения 400 нм. Активация облучением фотодесорбции на порядок снижает времена отклика сенсоров при воздействии NO₂. Установлено, что воздействие высокой влажности в условиях облучения сенсоров при комнатной температуре приводит к повышению отклика на NO₂, за счет появления дополнительных центров адсорбции. Отсутствие отклика сенсоров на восстановительные газы и изменение концентрации кислорода в газовой смеси вызвано фотодесорбцией хемосорбированных частиц O₂^— при взаимодействии с генерируемыми при собственных переходах дырками в приповерхностной части WO₃.
2. Разработана технология изготовления сенсоров кислорода на основе тонких пленок оксида галлия методом ВЧ-магнетронного распыления. Представлены результаты исследования характеристик тонких пленок Pt/Pd/Ga₂O₃ и Ga₂O₃:Si, полученных методом ВЧ-магнетронного распыления, при воздействии кислорода в диапазоне изменения O₂ от 0 до 100 об. % и изменения температуры нагрева структур от 25 до 700 °С. Образцы Ga₂O₃:Si по сравнению с Pt/Pd/Ga₂O₃ демонстрируют более высокие отклики на воздействие кислорода в области температур от 200 до 700 °С. Показана возможность создания селективных сенсоров кислорода на основе тонких пленок Ga₂O₃:Si с температурой максимального отклика 400 °C. Полученные результаты объясняются взаимодействием частиц O₂ с вакансиями кислорода на поверхности оксида галлия. Помимо этого исследовались пленки оксида галлия, легированные хромом, но по чувствительности к кислороду эти структуры уступают Ga₂O₃:Si. Воздействие водорода и СО на структуры Ga₂O₃:Si практически не приводит к изменению их сопротивления. Но имеется значительный отклик на воздействие диоксида азота при температуре 400 °C. Установлен элементный состав пленок при помощи AES и XPS. Исследованы электрические характеристики, микроструктура и элементный состав структур Ga₂O₃/n-GaAs с анодными пленками оксида галлия, полученными окислением n-GaAs в гальваностатическом режиме. Предложены механизмы проводимости в исследованных структурах.