Математична модель газореактивного ефекту в напівпровідникових сенсорах газу

МАТЕМАТИЧНА МОДЕЛЬ ГАЗОРЕАКТИВНОГО ЕФЕКТУ В НАПІВПРОВІДНИКОВИХ СЕНСОРАХ ГАЗУ

MATHEMATICAL MODEL OF A GAS-REACTIVE EFFECT IN GAS SEMICONDUCTOR SENSORS

Сторінки: 160-166. Номер: №2, 2019 (271)
Автори:
О. В. ОСАДЧУК, В. С. ОСАДЧУК, Я. О. ОСАДЧУК
Вінницький національний технічний університет
O. V. OSADCHUK, V. S. OSADCHUK, I. A. OSADCHUK
Vinnytsia National Technical University
DOI: https://www.doi.org/10.31891/2307-5732-2019-271-2-160-166
Рецензія/Peer review : 13.03.2019 р.
Надрукована/Printed : 10.04.2019 р.

Анотація мовою оригіналу

В роботі розглянуто математичну модель газореактивного ефекту в первинних газочутливих напівпровідникових сенсорах, що описує залежність активної складової повного опору приповерхневого шару напівпровідникового газочутливого елемента під час адсорбції молекул газу. Надлишкові носії заряду при адсорбції змінюють розподіл електростатичного поверхневого потенціалу в шарі просторового заряду. Розв’язок рівняння Пуассона дозволив отримати вирази для активної складової повного опору на поверхні електронного та діркового напівпровідників газочутливих сенсорів при адсорбції молекул газу. Представлено експериментальну залежність зміни опору напівпровідникового газочутливого сенсора на основі ZnO від зміни концентрації ацетилену.
Ключові слова: напівпровідникові сенсори газу, газореактивний ефект, реактивні властивості напівпровідників, повний опір, приповерхневий шар.

Розширена анотація англійською мовою

The paper considers a mathematical model of the gas-jet effect in primary gas-sensitive semiconductor sensors, describing the dependence of the active component of the total resistance of the surface layer of a semiconductor gas-sensitive element during adsorption of gas molecules. Excessive charge carriers during adsorption change the distribution of the electrostatic surface potential in the space charge layer. Solving the Poisson equation made it possible to obtain expressions for the active component of the impedance on the surface for electron and hole semiconductors of gas-sensitive sensors upon adsorption of gas molecules. Experimental dependences of the change in the resistance of a semiconductor gas sensitive sensor based on ZnO on the change in the concentration of acetylene are presented. The change in the active component of the full-surface superstructure of primary semiconductor gas sensors in the adsorption of gas molecules is due to the variable surface potential, which is uniquely associated with the measured gas concentration.
Keywords: semiconductor gas sensors, gas-reactive effect, reactive properties of semiconductors, impedance, near-surface layer.

References

1. Mikroelektronni sensory fizychnykh velychyn / za red. Yu. Hotry. – Lviv : Liha-Pres, 2002. – 475 s.
2. Datchiki : spravochnoe posobie / pod obshh. red. M. Sharapova, E. S. Polishhuka. – Moskva : Tehnosfera, 2012. – 624 s.
3. Dzhekson R. G. Novejshie datchiki / Dzhekson R. G. – Moskva : Tehnosfera, 2007. – 384 s.
4. Arutjunjan V. M. Mikrojelektronnye tehnologii-magistral’nyj put’ dlja sozdanija himicheskih tverdotel’nyh sensorov / V. M. Arutjunjan // Mikrojelektronika. – 1991. – № 4. – C. 337–355.
5. Osadchuk O. V. Mikroelektronnyi optychnyi peretvoriuvach kontsentratsii hazu / O. V. Osadchuk, O. Seletska, L. V. Krylyk // Herald of Khmelnytskyi National University. – Khmelnytskyi, 2018. – Tom 2. № 6 (267). – C. 121–125.
6. Osadchuk O. V. Radiovymiriuvalnyi peretvoriuvach kontsentratsii hazu na tranzystornii strukturi z vidiemnym oporom / O. V. Osadchuk, S. Osadchuk, Ya. O.  Osadchuk // Materialy MNTK “Informatsiini tekhnolohii ta kompiuterne modeliuvannia”. m. Ivano-Frankivsk, 15-20 travnia 2017 r. – S. 12–15.
7. Osadchuk V. S. Doslidzhennia hazovykh napivprovidnykovykh elementiv na osnovi polikrystalichnykh plivok oksydu / V. S. Osadchuk, O. V. Osadchuk, M. O. Prokopova, S. V. Osynskyi // Optoelektronni informatsiini-enerhetychni tekhnolohii. –2003. – № 5. – S. 108–113.
8. Osadchuk V. S. Chastotnyi peretvoriuvach hazu na osnovi dvokh bipoliarnykh tranzystoriv z aktyvnym induktyvnym elementom / V. S. Osadchuk, O. V. Osadchuk, M. O. Prokopova // Visnyk Vinnytskoho politekhnichnoho instytutu. – 2005. – № 2. – S. 86–90.
9. Heiland G. Zum Einflus von adsorbiertenm Sanerstoff auf dieelektriesche Leitfahidkeit von Zinkoxidkristallen / Heiland G. – Berlin : Z. phys., 1954. – 459 p.
10. Schaumburg H. Sensoren / Schaumburg H. – Stuttgart : B.G.Teubner, 1992. – 517 p.
11. Berezin A. S. Tehnologija i konstruirovanie integral’nyh mikroshem / Berezin A. S., Mochalkina O. R. – M. : Radio i svjaz’, 1992. – 320 s.
12. Shalimova K. V. Fizika poluprovodnikov / Shalimova K. V. – M. : Jenergija, 1985. – 392 s.
13. Bonch-Bruevich V. L. Fizika poluprovodnikov / Bonch-Bruevich V. L., Kalashnikov S. G. – M. : Nauka, 1990. – 688 s.
14. Rzhanov A. V. Jelektronnye processy na poverhnosti poluprovodnikov / Rzhanov A. V. – M. : Nauka, 1971. – 480 s.