Научный журнал

Фундаментальные исследования

ISSN 1812-7339

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,674

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

Пташник В.В. 1 Замбург Е.Г. 1 Варзарев Ю.Н. 1 Джуплин В.Н. 1 Шорников Р.С. 2

---

1 ФГАОУ ВПО «Южный федеральный университет», Ростов-на-Дону

2 ФГБУН Ордена Трудового Красного Знамени Институт химии силикатов им. И.В. Гребенщикова Российской академии наук, Санкт-Петербург

Детектирование и анализ УФ спектра является важной задачей для космической отрасли, в связи с чем интерес к широкозонным материалам растёт. Проведена работа по изготовлению макета фоторезистора ближнего УФ диапазона на основе нанокристаллической плёнки ZnO, методом импульсного лазерного осаждения (ИЛО). В ходе эксперимента измерены темновой и световой токи, рассчитаны тангенсы углов наклона ВАХ темнового и светового токов, рассчитан фототок и интегральная чувствительность фоторезистора. Представлен график токовременной характеристики снятой с фоторезистора под воздействием УФ, выявлена низкая скорость роста тока и длительный период спада тока. Представлен график импульсного режима работы фоторезистора при постоянном воздействии УФ, а также сделан вывод, что данный режим является оптимальным режимом работы для данного фоторезистора.

Статья в формате PDF

436 KB

нанотехнологии

фоторезистор

нанокристаллическая плёнка

ZnO

ультрафиолетовое излучение

1. Получениe наноразмерных структур на основе нанотехнологического комплекса НАНОФАБ НТК-9 / О.А. Агеев, А.С. Коломийцев, А.В. Михайличенко, В.А. Смирнов, В.В. Пташник, М.С. Солодовник, А.А. Федотов, Е.Г. Замбург, В.С. Климин, О.И. Ильин, А.Л. Громов, А.В. Рукомойкин // Известия Южного федерального университета. Технические науки. 2011. Т. 114. № 1. С. 109-116.

2. Коноплев Б.Г., Агеев О.А. Элионные и зондовые нанотехнологии для микро- и наносистемной техники // Известия Южного федерального университета. Технические науки. – 2008. – Т. 89. – № 12. – С. 165–175.

3. Ageev O.A., Smirnov V.A., Zamburg E.G., Serbu N.I., Tominov R.V. Regularity Investigation Of Nanostructured ZnO Films Memristive Effect By Atomic-Force Microscopy // Proc. of «Nano and Giga Challenges in Electronics, Photonics and Renewable Energy» Symposium and Summer School, Moscow – Zelenograd, Russia, September 12-16, 2011. – Р. 170.

4. Ageev O.A., Zamburg, E.G. Mikhailichenko A.V., Ptashnik V.V. Temperature effect on the electrical properties of nanostructured ZnO and VOx films // Proc. of «Nano and Giga Challenges in Electronics, Photonics and Renewable Energy» Symposium and Summer School, Moscow – Zelenograd, Russia, September 12-16, 2011. – Р. 202.

5. Safa O. Kasap, Peter Capper (2006). Springer handbook of electronic and photonic materials. Springer. pp. 54,327. ISBN 0-387-26059-5.

Детектирование и анализ УФ-спектра является важной задачей для космической отрасли, в связи с чем интерес к широкозонным материалам (Eg > 3,1 eV) растёт. Наиболее перспективным являются материалы группы A^IIB^VI, и в частности ZnO с Eg = 3,37 eV [5], это связано с достаточно доступной технологией синтеза нанокристаллических плёнок методом ИЛО (импульсного лазерного осаждения). Целью данной работы является проведение исследований и изготовление макета фоторезистивного датчика УФ-диапазона на основе нанокристаллической плёнки ZnO, полученного методом ИЛО и реализованном в одном из модулей сверхвысоковакуумного многофункционального нанотехнологического комплекса НАНОФАБ НТК-9 [2].

Материалы и методы исследования

В ходе экспериментальных исследований был изготовлен макет фоторезистора УФ-диапазона. Конструкция макета представлена на рис. 1,б; на поверхность ситалла марки СТ-50-1 (соответствует техническим условиям ПГКЖ.431.431.003 ТУ) осаждались титановые контакты длиной 7 мм, шириной 0,2 мм, расстояние между контактами составляет 1 мм; далее на поверхность контакта осаждалась плёнка ZnO толщиной 50 нм с применением модуля импульсного лазерного осаждения (ИЛО) нанотехнологического комплекса НАНОБАБ НТК-9 (ЗАО «Нанотехнология – МДТ», Россия) [1, 2, 3], камера модуля импульсного лазерного осаждения откачивалась с помощью турбомолекулярного насоса до давления 1×10^–6 Торр. Для осаждения плёнки реактивным методом в атмосфере кислорода использовалась мишень цинка (Zn) чистотой 99,99 %. Режим осаждения плёнки ZnO представлены в таблице.

Результаты исследования и их обсуждение

Измерения вольт-амперных и вольт-временных характеристик проводились на пикоамперметре Keithley6487; в качестве источника УФ применялась ртутная лампа ДРЛ80 (без люминофора). Пики мощности светимости лампы приходятся на λ = 368 нм и на λ = 437 нм, более 80 % мощности излучения приходится на УФ-диапазон. Измерения проводились при комнатной температуре 23 °С (±2)

В ходе анализа вольтамперных характеристик (рис. 1), были установлены значения темнового I_T = 3,39•10^–5 А и светового токов I_С = 9,25•10^–4 А.

Результирующий фототок является важнейшим параметром, определяющим чувствительность фоторезистора, и рассчитывается по формуле

I_Ф =I_C – I_T. (1)

Исходя из формулы (1) фототок равен 8,91•10^–4 A.

Интегральная чувствительность фоторезистора определялась по формуле

(2)

где Ф – световой поток, лм.

Рис. 1. a – темновая и световая вольтамперные характеристики фоторезистора (I_T, I_C);б – снимок макета ФР

Исходя из формулы (2) интегральная чувствительность фоторезистора оценена нами как 1,782•10^–7 А/лм.

Также были установлены тангенсы углов наклона световой характеристики γ в темноте и под УФ, γ_T = 0,73, γ_С = 0,67 соответственно. Из вольт-амперных характеристик были рассчитаны темновое R_Т и световое R_С сопротивления фоторезистора – 147,5 и 5,4 кОм соответственно.

В ходе анализа токо-временной характеристики (рис. 2),установлены времена нарастания (τ_Н) и спада (τ_СП) фотосигнала. Время нарастания фототока после включения лампы составило ~ 60 с, время спада фототока после выключения лампы составило ~ 600 с. Инертность реакции может быть обусловлена высоким временем жизни и малой подвижностью носителей тока, а также повышающейся температурой [2] образца при длительном освещении УФ-лампой (+ 20 °Cк исходной температуре). По нашему мнению, нестабильность тока в верхней точке графика, представленного на рис. 2, объясняется свойствами наноструктурированной плёнки ZnO. В плёнке содержится большое количество межзеренных границ, представляющих собой нескомпенсированные ионные связи между Zn и кислородом. При воздействии УФ-излучения нанокристаллическая плёнка теряет часть кислорода по границам зерен и увеличивает металлическую проводимость. Далее начинается движение ионов металла к поверхности и повторное окисление.

Выводы

В ходе работы был изготовлен макет ФР ближнего УФ-излучения на основе нанокристаллической плёнки ZnO, полученной методом ИЛО, и исследованы его характеристики. Время спада сопротивления ФР до минимального значения под действием УФ составляет 60–65 с, интегральная чувствительность составила 1,782•10^–7 А/лм, отношение RT/RC ≈ 21. Оптимальным режимом работы для данного макета является импульсный режим (см. рис. 3) с отслеживанием тренда токовой составляющей. Результаты данной работы будут использованы для конструирования фоторезистора УФ-излучения с более высокой пороговой и интегральной чувствительностью.

Рис. 2. Токовременная характеристика ФР(U = 5В)

Рис. 3. Импульсный режим опроса ФР (U = 10B) при постоянном освещении УФ

Работа выполнена при поддержке государственными соглашениями № 12-08-90045/12, № 14.А18.21.0126, № 14.A18.21.0923, № 14.A18.21.0933, № 14.A18.21.0900, № 14.A18.21.0887, № 14.A18.21.1206 в рамках проектов РФФИ и ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009–2013 годы.

Библиографическая ссылка