Вплив рівня легування на газову чутливість кремнієвих p-n переходів

Abstract

Експериментально досліджено характеристики кремнієвих дифузійних p-n переходів як сенсорів парів води і аміаку в широкому діапазоні значень градієнта концентрації домішок a. Встановлено, що зменшення величини a від 6·1023 см – 4 до 5·1019 см – 4 знижує поріг чутливості Pm p-n структур до парів NH3 (тобто, мінімальний парціальний тиск парів, який можна зареєструвати) на два порядки, до значень біля 0,5 Па. Ця величина значно нижча, ніж у мембран із мезопористого кремнію і кремнієвих нанодротів, виготовлених із пластин з концентрацією домішки бору 1018 см – 3. Розкид порогу чутливості серед досліджених зразків пояснюється впливом неконтрольованих поверхневих центрів. Обробка зразків послідовно у HF і воді різко підвищує поріг чутливості, а витримка у водному розчині Na2S значно знижує його.

The characteristics of Si diffused p-n junctions as water and ammonia vapors sensors are studied over a wide range of the impurity concentration gradient a. It is established that a lowering of the value a from 6·1023 сm – 4 to 5·1019 сm – 4 decreases the sensitivity threshold Pm of the p-n structures to NH3 vapors (i.e. the lowest vapors partial pressure, which can be detected) by two orders, to about 0.5 Pa. This value is much lower than those of silicon meso-porous membranes and silicon nano-wires fabricated from plates with a boron concentration of 1018 сm – 3. The observed sensitivity threshold variation among the studied samples is due to the influence of uncontrolled surface centers. A treatment of the sample sequentially in HF and water drastically increases the sensitivity threshold, and the exposure in a Na2S solution significantly lowers it.