Sensors on the surface acoustic waves for intelligent systems

Abstract

Робота спрямована на дослідження поверхневих процесів на динамічно деформованій адсорбованій поверхні напівпровідників, що буде використовуватися в якості чутливої підкладки в радіометричних сенсорах температури. Вибір напівпровідників із структурою цинкової обманки пояснюється чутливістю такої електронної підсистеми до деформації кристалічної ґратки, яка може бути зумовлена самоузгодженим перерозподілом дефектів, невідповідністю параметрів кристалічної ґратки або зовнішніми факторами, наприклад впливом механічних чи електричних полів. На основі встановлених закономірностей впливу концентрації та типу адсорбованих атомів на спектр поверхневих електронних станів і розподіл електронної густини на динамічно деформованій адсорбованій поверхні монокристалу запропоновано розроблення нового класу інтелектуальних сенсорів з підвищеною точністю вимірювання концентрації адсорбованих атомів і температури на поверхневих акустичних хвилях. Такий новий підхід ґрунтується на самоузгодженому впливі деформації кристалічної ґратки на закон дисперсії й спектральну ширину фононної моди, густину електричного заряду та енергетичне зміщення країв дозволених зон. Розраховано температурно-концентраційний коефіцієнт резонансної частоти поверхневої акустичної хвилі й встановлено закономірності його зміни залежно від концентрації адсорбованих атомів. Актуальність побудови такої теорії зумовлена як потребами фундаментальних досліджень, так і прикладними аспектами розроблення, оптимізації та здешевлення процесу проектування й створення приладів, функціонування яких здійснюється на поверхневих акустичних хвилях.

The work is aimed at the study of surface processes on the dynamically deformed adsorbed surface of semiconductors, which will be used as a sensitive substrate in radiometric temperature sensors. The choice of semiconductors with a zinc blende structure is explained by the sensitivity of such electronic subsystem to the deformation of the crystal lattice, which can be caused by the self-consistent redistribution of defects, inconsistency of the parameters of the crystal lattice, or external factors, for example, the influence of mechanical or electric fields. Based on established regularities of the influence of the concentration and type of adsorbed atoms on the spectrum of surface electronic states and the distribution of electron density on the dynamically deformed adsorbed surface of a single crystal, the development of a new class of intelligent sensors with increased accuracy of measuring the concentration of adsorbed atoms and temperature on surface acoustic waves is proposed. Such a new approach is based on the self-consistent effect of the deformation of the crystal lattice on the dispersion law and the spectral width of the phonon mode, the electric charge density, and the energy displacement of the edges of the allowed zones. It is calculated the temperature-concentration coefficient of the resonance frequency of the surface acoustic wave and the regularities of its change depending on the concentration of adsorbed atoms are established. The relevance of this research is determined both by the needs of fundamental research and by applied aspects of development, optimization and cost reduction of the process of designing and creating devices, the functioning of which is carried out on surface acoustic waves.