Preview

Известия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-математических наук

Пашыраны пошук

Низкочастотный конденсатор с прыжковой электропроводностью рабочего вещества (на примере a-Si:H)

https://doi.org/10.29235/1561-2430-2024-60-2-153-161

Анатацыя

Предложены структурная и электрическая схемы конденсатора на основе слоя a-Si:H (аморфного гидрогенизированного кремния) толщиной 3 мкм, отделенного от металлических обкладок диэлектрическими прослойками из SiO2 (диоксида кремния) толщиной 0,3 мкм. Рассматриваются комнатные температуры (T ≈ 300 К), когда в отсутствие подсветки для a-Si:H преобладает прыжковый механизм миграции электронов между точечными дефектами структуры. Для такого конденсатора рассчитаны зависимости электрической емкости от частоты измерительного сигнала ω/2π в диапазоне от 0,1 до 300 Гц для слоя a-Si:H cо стационарной прыжковой электропроводностью σdc ≈ 1 ∙ 10−10 (Ом ∙ см)−1. Считалось, что при малосигнальном режиме измерения емкости сквозного переноса электронов между слоем a-Si:H, слоями диэлектрика и обкладками конденсатора нет. Показано, что действительная часть емкости конденсатора уменьшается с увеличением угловой частоты ω, а мнимая часть отрицательна и немонотонно зависит от ω. Уменьшение действительной части емкости конденсатора до геометрической емкости последовательно соединенных оксидных слоев и слоя a-Si:H при увеличении ω обусловлено уменьшением электрического сопротивления конденсатора. Вследствие этого с увеличением ω мнимая часть емкости шунтируется прыжковой электрической проводимостью конденсатора. Определен сдвиг фаз для подаваемого на конденсатор синусоидального электрического сигнала в зависимости от частоты ω/2π в диапазоне 0,1–300 Гц для значений электропроводности слоя гидрогенизировнаного аморфного кремния σdc ≈ 1 ∙ 10−11; 1 ∙ 10−10; 1 ∙ 10−9 (Ом ∙ см)−1 при температуре 300 К. С увеличением электропроводности σdc слоя a-Si:H минимальное абсолютное значение угла сдвига фаз (≈65°) сдвигается в область высоких частот (от 1 до 100 Гц). Предложенный конденсатор может найти применение в электрических цепях регистрации низкочастотных сигналов для целей биомедицины.

Аб аўтарах

Н. Поклонский
Белорусский государственный университет
Беларусь


И. Аникеев
Белорусский государственный университет
Беларусь


С. Вырко
Белорусский государственный университет
Беларусь


Спіс літаратуры

1. Физика гидрогенизированного аморфного кремния: пер. с англ. / под ред. Дж. Джоунопулоса, Дж. Люковски. – Вып. 1. – М.: Мир, 1987. – 368 с.

2. Физика гидрогенизированного аморфного кремния: пер. с англ. / под ред. Дж. Джоунопулоса, Дж. Люковски. – Вып. 2. – М.: Мир, 1988. – 448 с.

3. Электропроводность и структура слоев аморфного кремния / А. А. Андреев [и др.] // Физика и техника полупроводников. – 1986. – Т. 20, вып. 8. – С. 1469–1475.

4. Technology and applications of amorphous silicon / ed. by R. A. Street. – Berlin: Springer, 2000. – xii + 418 p. https://doi.org/10.1007/978-3-662-04141-3

5. Springer handbook of semiconductor devices / eds.: M. Rudan, R. Brunetti, S. Reggiani. – Cham: Springer, 2023. – xxiv + 1680 p. https://doi.org/10.1007/978-3-030-79827-7

6. Radscheit, H. Ac and Dc conductivity in amorphous silicon-hydrogen films / H. Radscheit, K. G. Breitschwerdt // Solid State Commun. – 1983. – Vol. 47, № 3. – P. 157–161. https://doi.org/10.1016/0038-1098(83)90699-3

7. Djurić, Z. Static characteristics of the metal–insulator–semiconductor–insulator–metal (MISIM) structure–II. Low frequency capacitance / Z. Djurić, M. Smiljanić, D. Tjapkin // Solid-State Electron. – 1975. – Vol. 18, № 10. – P. 827–831. https://doi.org/10.1016/0038-1101(75)90002-7

8. Poklonski, N. A. High-Frequency Capacitor with Working Substance “Insulator-Undoped Silicon-Insulator” / N. A. Poklonski, I. I. Anikeev, S. A. Vyrko // Приборы и методы измерений. – 2022. – Т. 13, № 4. – С. 247–255. https://doi.org/10.21122/2220-9506-2022-13-4-247-255

9. Прибылов, Н. Н. Электрические потери в высокоомном кремнии с глубокими уровнями / Н. Н. Прибылов, Е. И. Прибылова // Физика и техника полупроводников. – 1996. – Т. 30, вып. 4. – С. 635–639.

10. Radiation effects in semiconductors / ed. K. Iniewski. – Boca Raton: CRC Press, 2011. – xvi + 416 p. https://doi.org/10.1201/9781315217864

11. Claeys, C. Radiation effects in advanced semiconductor materials and devices / C. Claeys, E. Simoen. – Berlin; Heidelberg: Springer, 2002. – xxii + 402 p. https://doi.org/10.1007/978-3-662-04974-7

12. Biosensors and bioelectronics / eds.: C. Karunakaran, K. Bhargava, R. Benjamin. – Amsterdam: Elsevier, 2015. – xii + 332 p. https://doi.org/10.1016/C2014-0-03790-2

13. Plonsey, R. Bioelectricity: a quantitative approach / R. Plonsey, R. C. Barr. – New York: Springer, 2007. – xiv + 528 p. https://doi.org/10.1007/978-0-387-48865-3

14. Bioelectronics: from theory to applications / eds.: I. Willner, E. Katz. – Weinheim: Wiley, 2005. – xviii + 476 p. https://doi.org/10.1002/352760376X

15. Rawlins, J. C. Basic AC circuits / J. C. Rawlins. – Boston: Newnes, 2000. – x + 542 p. https://doi.org/10.1016/B978-075067173-6/50006-7

16. Rahmani-Andebili, M. AC electrical circuit analysis: practice problems, methods, and solutions / M. RahmaniAndebili. – Cham: Springer, 2021. – x + 230 p. https://doi.org/10.1007/978-3-030-60986-3

17. Krupski, J. Interfacial capacitance / J. Krupski // Phys. Status Solidi B. – 1990. – Vol. 157, № 1. – P. 199–207. https://doi.org/10.1002/pssb.2221570119

18. Rahmani-Andebili, M. DC electrical circuit analysis: practice problems, methods, and solutions / M. RahmaniAndebili. – Cham: Springer, 2020. – x + 262 p. https://doi.org/10.1007/978-3-030-50711-4

19. Maddock, R. J. Electronics for engineers / R. J. Maddock, D. M. Calcutt. – Harlow: Longman, 1994. – xiv + 720 p.

20. Impedance spectroscopy: theory, experiment, and applications / eds.: E. Barsoukov, J. R. Macdonald. – Hoboken: Wiley, 2018. – xviii + 528 p. https://doi.org/10.1002/9781119381860

21. Tooley, M. Electronic circuits: fundamentals and applications / M. Tooley. – London: Routledge, 2020. – xii + 510 p. https://doi.org/10.1201/9780367822651

22. Pollak, M. Low-frequency conductivity due to hopping processes in silicon / M. Pollak, T. H. Geballe // Phys. Rev. – 1961. – Vol. 122, № 6. – P. 1742–1753. https://doi.org/10.1103/PhysRev.122.1742

23. Long, A. R. Frequency-dependent loss in amorphous semiconductors / A. R. Long // Adv. Phys. – 1982. – Vol. 31, № 5. – P. 553–637. https://doi.org/10.1080/00018738200101418

24. Castro, R. High-frequency conductivity of amorphous and crystalline Sb2Te3 thin films / R. Castro, A. Kononov, N. Anisimova // Coatings. – 2023. – Vol. 13, № 5. – P. 950 (1–10). https://doi.org/10.3390/coatings13050950

25. Elliott, S. R. A.c. conduction in amorphous chalcogenide and pnictide semiconductors / S. R. Elliott // Adv. Phys. – 1987. – Vol. 36, № 2. – P. 135–218. https://doi.org/10.1080/00018738700101971

26. Климкович, Б. В. Прыжковая электропроводность на переменном токе ковалентных полупроводников с глубокими дефектами / Б. В. Климкович, Н. А. Поклонский, В. Ф. Стельмах // Физика и техника полупроводников. – 1985. – Т. 19, вып. 5. – С. 848–852.

27. AC conductivity of undoped a-Si:H and µc-Si:H in connection with morphology and optical degradation / M. Yamazaki [et al.] // Jpn. J. Appl. Phys. – 1989. – Vol. 28, № 4R. – P. 577–585. https://doi.org/10.1143/JJAP.28.577

28. Chen, B. Development of thick film PECVD amorphous silicon with low stress for MEMS applications / B. Chen, F. E. H. Tay, C. Iliescu // Proc. SPIE. – 2008. – Vol. 7269. – P. 72690M (1–11). https://doi.org/10.1117/12.810441


##reviewer.review.form##

Праглядаў: 150


Creative Commons License
Кантэнт даступны пад ліцэнзіяй Creative Commons Attribution 3.0 License.


ISSN 1561-2430 (Print)
ISSN 2524-2415 (Online)