Перейти до вмісту
Мікросистеми, Електроніка та Акустика
ISSN 2523-4447 · e‑ISSN 2523-4455 Відкритий доступ · CC BY-SA 4.0
Т. 28 · № 2 · 2023 тра 9, 2023 Мікросистеми та фізична електроніка

Мікромініатюрні сенсори тиску на основі діодних структур

ВК
Владислав Анатолійович Клименко Відповідальний Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» Україна
ТС
Тетяна Вікторівна Семікіна ІФН ім. В. Є. Лашкарьова НАН України Україна
Сторінки272760.1-272760.10 Опублікованотра 9, 2023
PDF
ТОМ 28 · № 2 · 2023 до 125-річчя КПІ ім. Ігоря Сікорського Переглянути випуск

Анотація

В роботі проведено детальний аналіз сучасних мікромініатюрних датчиків тиску виконаних на різноманітних діодних структурах. Показані можливі області застосування таких датчиків, їх головні переваги та недоліки. Проведено дослідження діодних гетероструктур на основі CdS / ZnS / CuS / CdTe та показано перспективність використання датчиків тиску на основі цих матеріалів в якості аналогу існуючих напівпровідникових приладів. На основі проведених експериментальних досліджень обґрунтовано, що ці структури є п’єзоелектричними. Наведені конструктивні схеми досліджених структур та їх вольт-амперні характеристики. Описані можливі області застосування таких структур. Надані конструктивні схеми та параметри отриманих діодних структур можуть бути цікавими для широкого кола фахівців в області сенсорної техніки та автоматизації різноманітних технологічних процесів виготовлення мікроелектронної апаратури. Показано, змінюючи технології виготовлення датчиків та концентрацію хімічних елементів в отриманих плівках можна змінювати чутливість датчика та динамічний діапазон його роботи, пристосовуючи параметри датчика до галузі його застосування в відповідній вимірювальній електронній апаратурі та в системах контролю тиску.

Ключові слова

#гетероструктура #діод #датчик тиску #п’єзоефект #конструктивна схема #вольт-амперна характеристика #чутливість #динамічний діапазон

Посилання

  1. P. S. Dhanaselvam, D. S. Kumar, V. N. Ramakrishnan, K. Ramkumar, and N. B. Balamurugan, “Pressure Sensors Using Si/ZnO Heterojunction Diode,” Silicon, vol. 14, no. 8, pp. 4121–4127, 2022, DOI: https://doi.org/10.1007/s12633-021-01177-2 .
  2. A. Baltakesmez, A. Yenisoy, S. Tüzemen, and E. Gür, “Effects of gold nanoparticles on the growth of ZnO thin films and p-Si/ZnO heterostructures,” Mater. Sci. Semicond. Process., vol. 74, no. August 2017, pp. 249–254, 2018, DOI: https://doi.org/10.1016/j.mssp.2017.10.037
  3. Y. Lu et al., “A boron and gallium co-doped ZnO intermediate layer for ZnO/Si heterojunction diodes,” Appl. Surf. Sci., vol. 428, pp. 61–65, 2018, DOI: https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2017.09.053
  4. J.-S. Park, H. Chae, H. K. Chung, and S. I. Lee, “Thin film encapsulation for flexible AM-OLED: a review,” Semicond. Sci. Technol., vol. 26, no. 3, p. 034001, 2011, DOI: https://doi.org/10.1088/0268-1242/26/3/034001
  5. W. P. Eaton and J. H. Smith, “Micromachined pressure sensors: review and recent developments,” Smart Mater. Struct., vol. 6, no. 5, pp. 530–539, 1997, DOI: https://doi.org/10.1088/0964-1726/6/5/004
  6. Z. Xiong, H. Liu, and P. Zhu, “Lowering Power Consumption for Organic Light-Emitting Diodes Full-Screen Display,” in 2022 19th China International Forum on Solid State Lighting & 2022 8th International Forum on Wide Bandgap Semiconductors (SSLCHINA: IFWS), 2023, pp. 289–292, DOI: https://doi.org/10.1109/SSLChinaIFWS57942.2023.10071114
  7. D. Qiao, K. Li, N. Copner, Y. Gong, and G. Chen, “The enhanced light extraction top-emitting organic light-emitting diode based on metallic grating anode,” in 2019 IEEE International Conference on Manipulation, Manufacturing and Measurement on the Nanoscale, 3M-NANO 2019 - Proceedings, 2019, pp. 49–52, DOI: https://doi.org/10.1109/3M-NANO46308.2019.8947392
  8. Q. Li, J. Zhao, Y. Huang, W. Tang, and X. Guo, “Subthreshold-operated low-voltage organic field-effect transistor for ion-sensing system of high transduction sensitivity,” IEEE Sensors Lett., vol. 2, no. 4, p. 1, 2018, DOI: https://doi.org/10.1109/LSENS.2018.2863228
  9. D. Li et al., “Polymer Electret Improves the Performance of the Oxygen-Doped Organic Field-Effect Transistors,” IEEE Electron Device Lett., vol. 41, no. 11, pp. 1665–1668, 2020, DOI: https://doi.org/10.1109/LED.2020.3026486
  10. P. K. Sinha, P. R. J, and A. Kumar, “Green Algae, Sunflower Seed and Reduced Graphene Oxide in Organic Photovoltaic Cell,” 2018 Int. Conf. Power, Energy, Control Transm. Syst., pp. 136–138, 2018. DOI: https://doi.org/10.1109/ICPECTS.2018.8521621
  11. M. H. Hamza, N. M. Abdeltawab, S. Khalil, W. A. Omar, and T. M. Hatem, “Optimizing the Performance of Organic-Based Perovskite on Crystalline Silicon,” in Conference Record of the IEEE Photovoltaic Specialists Conference, 2020, vol. 2020-June, no. c, pp. 1476–1480, DOI: https://doi.org/10.1109/PVSC45281.2020.9300647
  12. L. Q. Cao, Z. He, W. E. I. Sha, and R. S. Chen, “Influence of Geometry of Metallic Nanoparticles on Absorption of Thin-Film Organic Solar Cells: A Critical Examination,” IEEE Access, vol. 8, pp. 145950–145959, 2020, DOI: https://doi.org/10.1109/ACCESS.2020.3014817
  13. M. A. R. P. Mataraarachchi, S. J. N. P. Marthinu, H. J. Munasinghe, W. L. Abeygunasekara, and L. Samaranayake, “Numerical Modeling of Nano Structure Enhanced Organic Solar Cells for Better Optical Performance,” in 2021 IEEE 16th International Conference on Industrial and Information Systems (ICIIS), 2021, pp. 330–335, DOI: https://doi.org/10.1109/ICIIS53135.2021.9660633
  14. Y. Matsuda, K. Ueno, H. Yamaguchi, Y. Egami, and T. Niimi, “Organic Electroluminescent Sensor for Pressure Measurement,” Sensors, vol. 12, no. 10, pp. 13899–13906, 2012, DOI: https://doi.org/10.3390/s121013899
  15. Z. Ma, “An Electronic Second Skin,” Science (80-. )., vol. 333, no. 6044, pp. 830–831, 2011, DOI: https://doi.org/10.1126/science.1209094
  16. C. Grossmann, U. Gawronski, F. Perske, G. Notni, and A. Tünnermann, “Optical system designs based on bi-directional sensor devices,” 2012, p. 848706, DOI: https://doi.org/10.1117/12.928838
  17. A. Martinez-Olmos, S. Capel-Cuevas, N. López-Ruiz, A. J. Palma, I. de Orbe, and L. F. Capitán-Vallvey, “Sensor array-based optical portable instrument for determination of pH,” Sensors Actuators B Chem., vol. 156, no. 2, pp. 840–848, 2011, DOI: https://doi.org/10.1016/j.snb.2011.02.052
  18. D. Cheneler, M. Vervaeke, and H. Thienpont, “Light-modulating pressure sensor with integrated flexible organic light-emitting diode,” Appl. Opt., vol. 53, no. 13, p. 2766, 2014, DOI: https://doi.org/10.1364/AO.53.002766
  19. P. Melvås, E. Kälvesten, and G. Stemme, “Media protected surface micromachined leverage beam pressure sensor,” J. Micromechanics Microengineering, vol. 11, no. 6, pp. 617–622, 2001, DOI: https://doi.org/10.1088/0960-1317/11/6/301
  20. P. Melvas and G. Stemme, “A diode-based two-wire solution for temperature-compensated piezoresistive pressure sensors,” IEEE Trans. Electron Devices, vol. 50, no. 2, pp. 503–509, 2003, DOI: https://doi.org/10.1109/TED.2003.809026
  21. K. R. Ram Victoria and S. Vasuki, “Simulation and Electrical Characterisation of P-Si/n-ZnO Based Heterojunction Diodes,” Proc. 2nd Int. Conf. Trends Electron. Informatics, ICOEI 2018, no. Icoei, pp. 1494–1496, 2018, DOI: https://doi.org/10.1109/ICOEI.2018.8553927
  22. A. Özmen, S. Aydogan, and M. Yilmaz, “Fabrication of spray derived nanostructured n-ZnO/p-Si heterojunction diode and investigation of its response to dark and light,” Ceram. Int., vol. 45, no. 12, pp. 14794–14805, 2019, DOI: https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2019.04.210
  23. O. Urper, O. Karacasu, H. Cimenoglu, and N. Baydogan, “Annealing ambient effect on electrical properties of ZnO:Al/p-Si heterojunctions,” Superlattices Microstruct., vol. 125, no. August 2018, pp. 81–87, 2019, DOI: https://doi.org/10.1016/j.spmi.2018.10.027
  24. S. K. Sharma, S. P. Singh, and D. Y. Kim, “Fabrication of the heterojunction diode from Y-doped ZnO thin films on p-Si substrates by sol-gel method,” Solid State Commun., 2018, DOI: https://doi.org/10.1016/j.ssc.2017.12.010
  25. Ş. Karataş, H. M. El-Nasser, A. A. Al-Ghamdi, and F. Yakuphanoglu, “High Photoresponsivity Ru-doped ZnO/p-Si Heterojunction Diodes by the Sol-gel Method,” Silicon, vol. 10, no. 2, pp. 651–658, 2018, DOI: https://doi.org/10.1007/s12633-016-9508-7
  26. S.-Y. Tsai, M.-H. Hon, and Y.-M. Lu, “Fabrication of transparent p-NiO/n-ZnO heterojunction devices for ultraviolet photodetectors,” Solid. State. Electron., vol. 63, no. 1, pp. 37–41, 2011, DOI: https://doi.org/10.1016/j.sse.2011.04.019
  27. M. Guziewicz et al., “n -ZnO/ p -4H-SiC diode: Structural, electrical, and photoresponse characteristics,” Appl. Phys. Lett., vol. 107, no. 10, p. 101105, 2015, DOI: https://doi.org/10.1063/1.4930307
  28. J. Huang, L. J. Wang, K. Tang, J. J. Zhang, Y. B. Xia, and X. G. Lu, “The fabrication and photoresponse of ZnO/diamond film heterojunction diode,” Appl. Surf. Sci., vol. 258, no. 6, pp. 2010–2013, 2012, DOI: https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2011.05.027
  29. F. Aksoy Akgul, G. Akgul, R. Turan, and H. Emrah Unalan, “All Solution‐Based Fabrication of Copper Oxide Thin Film/Cobalt‐Doped Zinc Oxide Nanowire Heterojunctions,” J. Am. Ceram. Soc., vol. 99, no. 7, pp. 2497–2503, 2016, DOI: https://doi.org/10.1111/jace.14249
  30. M.-J. Chen, J.-R. Yang, and M. Shiojiri, “ZnO-based ultra-violet light emitting diodes and nanostructures fabricated by atomic layer deposition,” Semicond. Sci. Technol., vol. 27, no. 7, p. 074005, 2012, DOI: https://doi.org/10.1088/0268-1242/27/7/074005
  31. D. Liu et al., “High-Performance Ultraviolet Photodetector Based on Graphene Quantum Dots Decorated ZnO Nanorods/GaN Film Isotype Heterojunctions,” Nanoscale Res. Lett., vol. 13, no. 1, p. 261, 2018, DOI: https://doi.org/10.1186/s11671-018-2672-5
  32. F. Djeffal, H. Ferhati, A. Benhaya, and A. Bendjerad, “Enhanced Photoresponse of Ultraviolet Photodetector via RF Sputtered ZnO/a-SiC Heterostructure,” in 2022 19th International Multi-Conference on Systems, Signals & Devices (SSD), 2022, pp. 1039–1043, DOI: https://doi.org/10.1109/SSD54932.2022.9955668
  33. S. Daimary and J. C. Dhar, “Ultrafast Photoresponse Using Axial n-ZnO/p-CuO Heterostructure Nanowires Array-Based Photodetectors,” IEEE Trans. Electron Devices, vol. 69, no. 7, pp. 3768–3774, Jul. 2022, DOI: https://doi.org/10.1109/TED.2022.3175705
  34. A. P. Singh, R. K. Upadhyay, and S. Jit, “High-Performance Colloidal ZnO Quantum Dots/TIPS-Pentacene Heterojunction- Based Ultraviolet Photodetectors,” IEEE Trans. Electron Devices, vol. 69, no. 6, pp. 3230–3235, Jun. 2022, DOI: https://doi.org/10.1109/TED.2022.3166120
  35. R. Singh, A. Srivastava, A. K. Dwivedi, and S. Tripathi, “Photoconductive and Photovoltaic Properties of Dual-Junction Thin-Film-Based Er-Doped ZnO/MoS/P-Si Heterostructure,” IEEE Trans. Electron Devices, vol. 69, no. 11, pp. 6171–6177, Nov. 2022, DOI: https://doi.org/10.1109/TED.2022.3206174
  36. R. Narzary, P. Phukan, and P. P. Sahu, “Efficiency Enhancement of Low-Cost Heterojunction Solar Cell by the Incorporation of Highly Conducting rGO Into ZnO Nanostructure,” IEEE Trans. Electron Devices, vol. 68, no. 7, pp. 3238–3245, Jul. 2021, DOI: https://doi.org/10.1109/TED.2021.3080228
  37. A. K. Dikshit, S. Maity, N. Mukherjee, and P. Chakrabarti, “Hybrid Inorganic-Organic Inverted Solar Cells with ZnO/ZnMgO Barrier Layer and Effective Organic Active Layer for Low Leakage Current, Enhanced Efficiency, and Reliability,” IEEE J. Photovoltaics, vol. 11, no. 4, pp. 983–990, 2021, DOI: https://doi.org/10.1109/JPHOTOV.2021.3067828
  38. J. A. Bahamonde and I. Kymissis, “A Reconfigurable Surface Acoustic Wave Filter on ZnO/AlGaN/GaN Heterostructure,” IEEE Trans. Electron Devices, vol. 67, no. 10, pp. 4507–4514, 2020, DOI: https://doi.org/10.1109/TED.2020.3018697
  39. S. J. Pearton et al., “GaN-based diodes and transistors for chemical, gas, biological and pressure sensing,” J. Phys. Condens. Matter, vol. 16, no. 29, pp. R961–R994, 2004, DOI: https://doi.org/10.1088/0953-8984/16/29/R02
  40. S. Ferahtia, S. Saib, N. Bouarissa, and S. Benyettou, “Structural parameters, elastic properties and piezoelectric constants of wurtzite ZnS and ZnSe under pressure,” Superlattices Microstruct., vol. 67, pp. 88–96, 2014, DOI: https://doi.org/10.1016/j.spmi.2013.12.021
  41. M. A. Fraga, H. Furlan, R. S. Pessoa, and M. Massi, “Wide bandgap semiconductor thin films for piezoelectric and piezoresistive MEMS sensors applied at high temperatures: An overview,” Microsyst. Technol., vol. 20, no. 1, pp. 9–21, 2014, DOI: https://doi.org/10.1007/s00542-013-2029-z
§ 06 — Пов'язані

Схожі статті в цьому журналі

Пов'язані рецензовані дослідження, опубліковані в цьому журналі.
Усі випуски

Механічно перелаштовувана антена з іонно-полімерним металевим композитом

Artem Serhiyovych Chernov, Oleksii O. Malyshok, Victor Anatoliiovych Kazmirenko, Irina Petrivna Holubeva, Yuriy Vasylovych Prokopenko, Guy A. E. Vandenbosch

Розглядається актуальна задача створення антен для сучасних бездротових систем, здатних до роботи у різних частотних діапазонах. Зазвичай для перелаштування частоти…

#структура з відхиленням електрода #фільтена #перелаштування частоти #актюатор ІМПК
с. 343504.1-343504.6
10.20535/2523-4455.mea.343504

Модель генератора Маркса для генерації коронного розряду у повітрі

Andrii Viktorovych Melnyk, Oleh Mykolaiovych Bevza, Anatolii Ivanovych Kuzmichiev

У статті розглянуто роботу генератора Маркса з навантаженням у вигляді від'ємного коронного розряду в повітрі за атмосферного тиску та побудовано його електричну модель.…

#коронний розряд #генератор Маркса #висока напруга #іонізація
с. 324599.1-324599.8
10.20535/2523-4455.mea.324599

Взаємодія срібних наночастинок з підкладкою в умовах плазмонного резонансу

Yurii I. Mysiuk, Yurii B. Smachylo, Oleksandr V. Ilin, Tetiana Oleksandrivna Bulavinets, Iryna Y. Yaremchuk

Взаємодія між наночастинками металів і підкладками в умовах плазмонного резонансу відіграє вирішальну роль у різних оптичних застосуваннях. У цій роботі ми досліджуємо…

#наночастинки срібла #переріз екстинкції #підкладка #локалізований поверхневий плазмонний резонанс
с. 303929.1-303929.6
10.20535/2523-4455.mea.303929

Схожі статті

1-10 з 226

Ви також можете розпочати розширений пошук схожих статей для цієї статті.