Розробка фототранзисторів n-TiN/p-CdTe/n-CdTe для використання в мережевому цифровому світловому датчику

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.31861/sisiot2024.2.02008

Ключові слова:

фототранзистор, гетероструктура, мікроконтролер, освітленість

Анотація

В даній роботі досліджено режим виготовлення методом реактивного магнетронного напилення гетероструктур n-TiN/p-CdTe/n-CdTe, які володіють властивостями фототранзистора з непідключеною (плаваючою) базою. Показано, що у структурі n-TiN/p-CdTe/n-CdTe при зворотній напрузі на колекторному переході p-CdTe/n-CdTe за умов опромінення близьких до АМ1 зі сторони емітера n-TiN спостерігається явище підсилення колекторного фотоструму прямим струмом прямо увімкненого гетеропереходу n-TiN/p-CdTe. Пряма напруга до гетеропереходу n-TiN/p-CdTe прикладається внаслідок позитивного заряду бази p-CdTe при освітленні. Проаналізовано фотоелектричні явища при освітленні гетероструктури n-TiN/p-CdTe/n-CdTe. Мета даної роботи оцінити практичне використання вперше створеної гетероструктури n-TiN/p-CdTe/n-CdTe в режимі роботи фототранзистора для створення сенсора освітленості із цифровим інтерфейсом для використання в мережевих системах контролю та управління. Обґрунтовано можливість використання виготовленого транзистора як цифрового сенсора освітленості для великих значень світлового потоку. Фототранзистор використовувався як первинний перетворювач для мікроконтролера в складі якого є функціональний блок операційного підсилювача. Фототранзистор і операційний підсилювач реалізують разом систему перетворювач фотострум-напруга. Дане рішення дозволяє використати внутрішній операційний підсилювач мікроконтролерів з однополярним живленням. Лінеаризація передаточних характеристик фототранзистора дозволяє використовувати мікроконтролери і з малими обчислювальними потужностями. Встановлено, що передаточні характеристики більш наближені до лінійних із збільшенням напруги між колектор-емітер фототранзистора. Сенсорний пристрій з використанням розробленого транзистора був зібраний на мікроконтролері серії PIC16F171, який містить операційний підсилювач дозволяє реалізувати цифровий інтерфейс USART для передачі виміряних даних світлового потоку. Реалізуючи безпровідний сенсор освітленості на модулі GB2530, базою якого є SoC (System-on-a-Chip), СС2530 дозволяє отримати мобільний пристрій. Обмін даними в радіоефірі відбувається відповідно до стандарту ІЕЕЕ 802.15.4.

Завантажити

Дані для завантаження поки недоступні.

Біографії авторів

  • Іван Орлецький, Чернівецький національний університет імені Юрія Федьковича

    У 1990 році закінчив Чернівецький державний університет імені Юрія Федьковича (спеціальність «Напівпровідники та діелектрики»). З 1993 по 1996 рр. навчався в аспірантурі (спеціальність - 01.04.10 - «Фізика напівпровідників і діелектриків»). У 1996 році захистив дисертацію на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук. Предметом його наукових інтересів є отримання та дослідження фотовластивостей напівпровідникових матеріалів та приладів.

  • Марія Ілащук, Чернівецький національний університет імені Юрія Федьковича

    У 1971 році закінчила Чернівецький державний університет (кафедра напівпровідникових матеріалів). Кандидатська дисертація захищена у 1984 році. У 1991 році отримала вчене звання старшого наукового співробітника. Опублікувала понад 160 наукових та навчально-методичних праць (з них 2 патенти, 1 навчальний посібник).

  • Сергій Нічий, Чернівецький національний університет імені Юрія Федьковича

    У 1990 році закінчив Чернівецький державний університет за спеціальністю «Напівпровідники та діелектрики». З 1990 року працював науковим співробітником та доцентом кафедри напівпровідникової мікроелектроніки Чернівецького державного університету. У 1997 році захистив докторську дисертацію. Наукові інтереси включають дослідження в галузі первинних перетворювачів для бездротових сенсорних мереж та систем автоматизації.

  • Богдан Нічий, Чернівецький національний університет імені Юрія Федьковича

    У 2020 році закінчив Чернівецький національний університет, здобувши ступінь магістра за спеціальністю «Електронні комунікації та радіотехніка». Наразі є аспірантом кафедри радіотехніки та інформаційної безпеки. Наукові інтереси та дослідницькі інтереси включають безпеку телекомунікаційних мереж та систем.

Посилання

T. Mohan, K.G. Baiju, B. Murali, and D. Kumaresan, "Titanium Nitride Blended Graphene Nanoplatelets as Low-cost and Efficient Composite Counter Electrode for Dye-sensitized Solar Cells," in 2018 IEEE International Conf. on System, Computation, Automation and Networking (ICSCA), IEEE, Pondicherry, India, 2018, pp. 1-5.

Z. Khezripour, F.F. Mahani, and A. Mokhtari, "Performance improvement of ultrathin organic solar cells utilizing light-trapping aluminum-titanium nitride nanosquare arrays," Optical Materials, vol. 84, pp. 651-657, 2018.

Z. Lu, X. Liu, G. Hou, J. Chen, T. Zhu, J. Xu, and K. Chen, "Doping-Free Titanium Nitride Carrier Selective Contacts for Efficient Organic–Inorganic Hybrid Solar Cells," ACS Appl. Energy Mater., vol. 3, pp. 9208-9215, 2020.

A.E. Khalifa and M.A. Swillam, "Plasmonic silicon solar cells using titanium nitride: a comparative study," J. Nanophoton., vol. 8, pp. 84-98, 2014.

M.M. Solovan, V.V. Brus, E.V. Maistruk, and P.D. Maryanchuk, "Electrical and Optical Properties of TiN Thin Films," Inorg. Mater., vol. 50, no. 1, pp. 46-51, 2014.

H. Jeon, J.-W. Lee, Y.-D. Kim, D.-S. Kim, and K.-S. Yi, "Study on the characteristics of TiN thin film deposited by the atomic layer chemical vapor deposition method," J. Vac. Sci. Technol. A: Vac. Surf. Films, vol. 18, pp. 1595-1598, 2000.

M.M. Solovan, V.V. Brus, P.D. Maryanchuk, M.I. Ilashchuk, J. Rappich, N. Nickel, and S.L. Abashin, "Fabrication and characterization of anisotype heterojunctions n-TiN/p-CdTe," Semicond. Sci. Technol., vol. 29, p. 015007, 2014.

A. Didden, H. Battjes, R. Machunze, B. Dam, and R. van de Krol, "Titanium nitride: A new Ohmic contact material for n-type CdS," J. Appl. Phys., vol. 110, p. 033717, 2011.

G.M. Matenoglou, L.E. Koutsokeras, and P. Patsalas, "Plasma energy and work function of conducting transition metal nitrides for electronic applications," Appl. Phys. Lett., vol. 94, p. 152108, 2009.

S. Ishii, S.L. Shinde, W. Jevasuwan, N. Fukata, and T. Nagao, "Hot Electron Excitation from Titanium Nitride Using Visible Light," ACS Photonics, vol. 3, pp. 1552-1557, 2016.

A. Naldoni, U. Guler, Z. Wang, M. Marelli, F. Malara, X. Meng, L.V. Besteiro, A.O. Govorov, A.V. Kildishev, A. Boltasseva, V.M. Shalaev, "Broadband Hot-Electron Collection for Solar Water Splitting with Plasmonic Titanium Nitride," Adv. Opt. Mater., vol. 5, p. 1601031, 2017.

X. Yang, W. Liu, M. De Bastiani, T. Allen, J. Kang, H. Xu, E. Aydin, L. Xu, Q. Bi, H. Dang, E. AlHabshi, K. Kotsovos, A. AlSaggaf, I. Gereige, Y. Wan, J. Peng, C. Samundsett, A. Cuevas, and S. De Wolf, "Dual-Function Electron-Conductive, Hole-Blocking Titanium Nitride Contacts for Efficient Silicon Solar Cells," Joule, vol. 3, pp. 1314-1327, 2019.

L.P.B. Lima, J.A. Diniz, I. Doi, and J. Godoy Fo, "Titanium nitride as electrode for MOS technology and Schottky diode: Alternative extraction method of titanium nitride work function," Microelectron. Eng., vol. 92, pp. 86-90, 2012.

M.N. Solovan, A.I. Mostovyi, V.V. Brus, E.V. Maistruk, P.D. Maryanchuk, "Electrical and photoelectric properties of n-TiN/p-Hg3In2Te6 heterostructures," Semiconductors, vol. 50, pp. 1020-1024, 2016.

I.G. Orletsky, M. Ilashchuk, V.V. Brus, P.D. Marianchuk, M.M. Solovan, and Z.D. Kovalyuk, "Electrical and Photoelectric Properties of the TiN/p-InSe Heterojunction," Semiconductors, vol. 50, pp. 334-338, 2016.

Microchip, "PIC16(L)F1713/6. Cost Effective 8-Bit Intelligent Analog Flash Microcontrollers," DS40001726C datasheet, 2013-2018.

Texas Instruments, "CC2530F32, CC2530F64, CC2530F128, CC2530F256. A True System-on-Chip Solution for 2.4-GHz IEEE 802.15.4 and ZigBee Applications," SWRS081B datasheet, Apr. 2009 [Revised Feb. 2011].

Gban Electronsc Technology, "Use CC2530 or CC2531 Chipset ZigBee Module," GB23x-M datasheet, V1.0, 10 Aug. 2013.

Texas Instruments, "An-20 Applications Guide for Op Amps," SNOA621C datasheet, Feb. 1969 [Revised May 2013].

Завантаження


Переглядів анотації: 8

Опубліковано

2024-12-30

Номер

Том 2 № 2 (2024)

Розділ

Статті

Ліцензія

Авторське право (c) 2024 Безпека інфокомунікаційних систем та Інтернету речей

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до ліцензії Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Як цитувати

[1]
І. Орлецький, М. Ілащук, С. Нічий, and Б. Нічий, “Розробка фототранзисторів n-TiN/p-CdTe/n-CdTe для використання в мережевому цифровому світловому датчику”, SISIOT, vol. 2, no. 2, p. 02008, Dec. 2024, doi: 10.31861/sisiot2024.2.02008.