Сенсори на основі полікристалічного 3C-SiC: вплив легування бором
Вантажиться...
Дата
2023
Науковий керівник
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
КПІ ім. Ігоря Сікорського
Анотація
Як хімічно інертний широкозонний напівпровідниковий матеріал з високими твердістю і теплопровідністю, стабільними електричними характеристиками, карбід кремнію SiC є привабливим для застосування в електроніці та сенсорах, що працюють за складних умов. Останні передбачають екстремальні значення температури, тиску, ударні навантаження, радіаційний та хімічний впливи, що виникають в авіаційних і автомобільних двигунах, промислових газових турбінах, при розвідці нафти і газу тощо. Більш низькі температури вирощування полікристалічного кубічного карбіду кремнію, рс-3С-SiC, порівняно з монокристалічним, дозволяють значно знизити його вартість та розширити можливості застосування. З попередніх робіт випливає, що термочутливість рс-3С-SiC можна суттєво підвищити за допомогою легування акцепторною домішкою бору в процесі вирощування матеріалу. Метою даної роботи є визначення властивостей легованого бором pс-3CSiC для створення фотосенсорів і термосенсорів, а також термоанемометрів для екстремальних умов експлуатації.
Показано, що легування pс-3C-SiC домішкою бору в процесі вирощування сприяє утворенню в забороненій зоні центрів акцепторного типу та появі особливостей у спектрі фоточутливості, що може мати практичний інтерес для фотовольтаїки. Для температур Т > 150 K провідність легованого зразка практично експоненціально збільшується з енергією активації 0,28 еВ, близькою до енергії активації фотопровідності того ж зразка. Це свідчить про те, що процес іонізації рівноважних та нерівноважних носіїв заряду відбувається з одних і тих самих домішкових центрів. Легування бором викликає появу широкої смуги фотопровідності з максимумом при 1,7 еВ в області домішкового поглинання рс-3C-SiC, подібно ситуації в монокристалічному 3CSiC. Визначено, що температурний коефіцієнт опору для легованого бором рс-3C-SiC дорівнює 3,0-10-2 град-1 при Т = 300 K і 1,1-10-2 град-1 при Т = 700 K, що майже на порядок більше ніж у термопар, а також металів, з яких виготовляють нитки анемометрів.
Обговорення отриманих результатів дозволяє пов’язати величину енергії активації Е=0,28 еВ з рівнем мілкого бору в рс-3C-SiC та припускати природу цього центру у вигляді точкового дефекту, що містить атом бору, який заміщує в решітці 3C-SiC атом кремнію, тобто BSi.
Запропоновано фотосенсори, які в ближньому ІЧ-діапазоні 0,6 - 1,8 мкм можна використовувати в якості сонячних елементів, а у видимій області 0,4 – 0,6 мкм спектру, - як фотоелементи.
Здатність рс-3C-SiC працювати за екстремальних умов експлуатації, а також невисока відносно інших політипів SiC вартість технології виробництва приладів на його основі, дозволяють вважати його придатним матеріалом для створення сенсорів температури, термоанемометрів і фотосенсорів, а також детекторів для моніторингу ядерних об’єктів.
Опис
Ключові слова
полікристалічний карбід кремнію, домішка бору, енергія активації, фотосенсор, термосенсор, термоанемометр, polycrystalline silicon carbide, boron impurity, photoconductivity spectrum, activation energy, photosensors, thermosensors, thermoanemometers
Бібліографічний опис
Родіонов, В.Н. Сенсори на основі полікристалічного 3C-SIC: вплив легування бором / Родіонов В.Н., Братусь Т.І., Бубулис А. // Вісник КПІ. Серія Приладобудування : збірник наукових праць. – 2023. – Вип. 65(1). – С. 42-46. – Бібліогр.: 22 назви.