Мікромініатюрні сенсори тиску на основі діодних структур
Бічна панель сторінки статті
Основний зміст сторінки статті
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.
Блок інформації про статтю
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
Посилання
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.
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
Z. Ma, “An Electronic Second Skin,” Science (80-. )., vol. 333, no. 6044, pp. 830–831, 2011, DOI: https://doi.org/10.1126/science.1209094
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
