Сенсори на основі полікристалічного 3C-SiC: вплив легування бором

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.authorРодіонов, В.Н.
dc.contributor.authorБратусь, Т.І.
dc.contributor.authorБубулис, А.
dc.date.accessioned2023-07-25T13:05:58Z
dc.date.available2023-07-25T13:05:58Z
dc.date.issued2023
dc.description.abstractЯк 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.uk
dc.description.abstractotherAs a chemically inert wide bandgap semiconductor material with high hardness and thermal conductivity, stable electrical characteristics, silicon carbide SiC is attractive for harsh environment electronics and sensors applications. The concept of harsh environment includes extremes of temperature, pressure, shock loads, radiation and chemical attacks those arise in aircraft and automotive engines, industrial gas turbines, during oil and gas exploration, etc. Lower growing temperatures of polycrystalline cubic silicon carbide, pc-3C-SiC, compared to monocrystalline allow to significantly reduce its cost and expand the possibilities of application. It follows from previous works that the thermal sensitivity of pc -3C-SiC can be significantly increased by doping with an acceptor impurity of boron during the growth of the material. The purpose of this work is to determine the properties of pc-3C-SiC doped with boron for the creation of photosensors and thermosensors, as well as thermal anemometers for extreme operating conditions. It is shown that pс-3C-SiC doping with a boron impurity in the growth process causes the formation of acceptor-type centers in the band gap and the appearance of features in the photosensitivity spectrum, which may be of practical interest for photovoltaics. For temperatures T > 150K, the conductivity of the doped sample increases almost exponentially with an activation energy of 0.28 eV, which is close to the activation energy of the photoconductivity of the same sample. This indicates that the ionization process of equilibrium and non-equilibrium charge carriers occurs from the same impurity centers. Boron doping causes the appearance of a broad photoconductivity band with a maximum at 1.7 eV in the impurity absorption region of pc-3C-SiC, similar to the situation in single crystal 3C-SiC. It was determined that the temperature coefficient of resistance for boron-doped pc-3C-SiC is 3.0-10-2 K-1 at T=300K and 1.1-10-2 K-1 at T=700K, which is almost an order of magnitude higher than for thermocouples, as well as for metals from which anemometer threads are made. The discussion of the obtained results allows to associate the value of the activation energy E=0.28 eV with the level of shallow boron in pc-3C-SiC and to assume this center is a point defect containing a boron atom that replaces a silicon atom in the 3C-SiC lattice, i.e. BSi. Photosensors that can be used as solar cells in the near-IR range of 0.6 - 1.8 μm, and as photocells in the visible range of 0.4 - 0.6 μm are proposed. The ability of pc-3C-SiC to work in extreme operating conditions, as well as the low cost of device manufacturing technology based on it, compared to other SiC polytypes, allow it to be considered a suitable material for creating temperature sensors, thermo-anemometers and photosensors, as well as detectors for monitoring nuclear facilities.uk
dc.format.pagerangePp. 42-46uk
dc.identifier.citationРодіонов, 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.uk
dc.identifier.doihttps://doi.org/10.20535/1970.65(1).2023.283310
dc.identifier.issn0321-2211 (p)
dc.identifier.issn2663-3450 (e)
dc.identifier.orcid0000-0001-6300-4840uk
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/58582
dc.language.isoukuk
dc.publisherКПІ ім. Ігоря Сікорськогоuk
dc.publisher.placeКиївuk
dc.relation.ispartofВісник КПІ. Серія Приладобудування: збірник наукових праць, Вип. 65(1)uk
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
dc.subjectполікристалічний карбід кремніюuk
dc.subjectдомішка боруuk
dc.subjectенергія активаціїuk
dc.subjectфотосенсорuk
dc.subjectтермосенсорuk
dc.subjectтермоанемометрuk
dc.subjectpolycrystalline silicon carbideuk
dc.subjectboron impurityuk
dc.subjectphotoconductivity spectrumuk
dc.subjectactivation energyuk
dc.subjectphotosensorsuk
dc.subjectthermosensorsuk
dc.subjectthermoanemometersuk
dc.subject.udc536. 531; 551. 508.5uk
dc.titleСенсори на основі полікристалічного 3C-SiC: вплив легування боромuk
dc.title.alternativeSеnsors based on polycrystalline 3C-SiC: impact of boron dopinguk
dc.typeArticleuk

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
283310-652979-1-10-20230628.pdf
Розмір:
356.02 KB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Опис:
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
9.1 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

Вісник КПІ. Серія Приладобудування: збірник наукових праць, Вип. 65(1)