Рассмотрим вариант газочувствительной активной структуры, при котором возможно использование органических материалов, несмотря на их недостатки.Предпологается, что селективные покрытия будут нанесены на завершающей стадии изготовления ЧЭ, после всех технологических процессов. В качестве такой газочувствительной структуры рассматривался диод Шоттки с развитым периметром, т.е. когда отношение длины периметра к площади перехода металл-полупроводник достаточно велико. Тогда краевые эффекты начинают играть большую роль, и с уменьшением размеров элемента влияние краев возрастает [1].
Рассмотрим влияние различных газов на характеристики поверхностных диодов Шоттки, выявить наиболее «газочувствительные» параметры. В нашем случае газочувствительным являлся торцевой барьер Шоттки, т. е краевая составляющая диода.
На рис. 5 показана структура диода Шоттки с протяженным периметром.
В принципе, диод с сильно развитым периметром можно рассматривать как состоящий из двух параллельно включенных диодов — объемного и торцевого (рис. 6). В этом случае изменение окружающей атмосферы не должно влиять на характеристики объемной части, которая закрыта металлом, а воздействовать только на периферийную область.
Рис. 5. Диод Шоттки с развитым периметром (решетчатая структура), вид сверху и сбоку
Рис. 6. Параллельное включение двух составляющих диода Шоттки с развитым периметром: торцевая (или поверхностная) (Сп, Rп) и объемная (Соб, Rоб)
Для исследования влияния краевых эффектов на газочувствительные свойства диодов Шоттки, на кремниевых пластинах методами планарной технологии были сформированы: различные диоды Шоттки: решетчатые диоды с протяженным периметром, диоды со сплошным выпрямляющим контактом, выходящие на поверхность края которых защищены окислом. В качестве контакта использовались алюминий или никель с подслоем ванадия. Диоды формировались на кремнии п- и р-типа проводимости. Дополнительно на кристаллах размещались резистивный нагреватель и измеритель температуры.
Как показали измерения, на прямых вольтамперных характеристиках (ВАХ) практически никаких изменений при изменении окружающего газового состава не наблюдалось. Напротив, для обратных токов характерны значительные изменения при смене газового состава.
На рис. 7 и 8 показаны обратные характеристики диодов, сформированных на подложках р- и п-типа проводимости при различных внешних воздействиях.
Измерения проводились при температуре 60 оС. При меньшей температуре велико влияние физически сорбированной воды. При большей температуре уменьшается адсорбционная способность.
Рис. 7. Обратные токи диодов Шоттки, сформированных на подложке р-типа проводимости, при различных внешних воздействиях
Рис. 8. Обратные характеристики диодов Шоттки, сформированных на подложке п-типа проводимости при различных внешних воздействиях.
На рис. 9 показана зависимость изменения обратного тока ДШ от напряжения при воздействии углекислого газа (100 ppm). При этом наблюдалась хорошая повторяемость результатов (рис. 10).
Рис. 9. Зависимость обратного тока от напряжения для диодов Шоттки с развитым периметром (кольцевой диод) 1 — темновой ток; 2 — ток при дневном свете; 3 — ток в присутствии СО2 (дневной свет).
Рис. 10. Изменение обратного тока диода Шоттки с развитым периметром при циклическом воздействии СО2 (напряжение 5 В) 1) при воздействии СО2, 2) при снятии воздействия СО2.
Как видно из рисунков влияние окружающей атмосферы сильно влияет на характеристики диодов. Притом влияние это достаточно велико. Для диодов со сплошным контактом таких зависимостей не наблюдается. Поэтому измерения по дифференциальной схеме, когда в одно плечо включен диод со сплошным выпрямляющим контактом, а в другое — диод с развитым периметром могут дать определенные сведения о составе среды. При таком включении диодов будут скомпенсированы температурные и прочие воздействия (рис. 11).
Для получения избирательного отклика, на диоды, после завершения всех технологических операций, селективные органические покрытия могут быть нанесены методом напыления, пульверизации или по Ленгмюр-Блоджетт технологии. Основное требование к покрытиям, чтобы их сопротивление было достаточно большим для исключения шунтирования переходов по поверхности. Покрытие всей поверхности ЧЭ высокоомной селективной пленкой дополнительно стабилизирует, защищает поверхность. А при распайке выводов точечное механическое и температурное воздействие приводит к удалению пленки только с контактов.
Рис. 11. Температурные зависимости обратного тока для 1 — диода Шоттки с развитым, открытым периметром, 2 — для диода Шоттки, периметр которого «сидит» на защитном окисле.
Таким образом, предлагаемая структура — торцевой (или вертикальный) диод Шоттки может быть успешно использована в качестве ЧЭ газодетекторов.
