ДІОДНІ СЕНСОРИ ВОЛОГОСТІ НА ОСНОВІ КРЕМНІЄВИХ 1D НАНОРОЗМІРНИХ СТРУКТУР
Introduction. Humidity measurement is essential in microelectronics, aerospace, biomedical, and food industries, as well as in households for climate control. Currently, various types of devices have been used as humidity sensors: capacitive, resistive, diode, gravimetric, optical structures, field-...
Saved in:
| Date: | 2024 |
|---|---|
| Main Authors: | , , , |
| Format: | Article |
| Language: | English |
| Published: |
PH “Akademperiodyka”
2024
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://scinn-eng.org.ua/ojs/index.php/ni/article/view/560 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Science and Innovation |
Institution
Science and Innovation| id |
oai:ojs2.scinn-eng.org.ua:article-560 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Science and Innovation |
| baseUrl_str |
|
| datestamp_date |
2024-05-13T04:56:51Z |
| collection |
OJS |
| language |
English |
| topic |
метало-стимульоване хімічне травлення кремнієві нанонитки 1D наноструктури кремнієвий діод сенсори вологи |
| spellingShingle |
метало-стимульоване хімічне травлення кремнієві нанонитки 1D наноструктури кремнієвий діод сенсори вологи LINEVYCH, Ya. KOVAL, V. DUSHEІKO, M. LAKYDA, M. ДІОДНІ СЕНСОРИ ВОЛОГОСТІ НА ОСНОВІ КРЕМНІЄВИХ 1D НАНОРОЗМІРНИХ СТРУКТУР |
| topic_facet |
metal-assisted chemical etching silicon nanowires 1D nanostructures silicon diode humidity sensors метало-стимульоване хімічне травлення кремнієві нанонитки 1D наноструктури кремнієвий діод сенсори вологи |
| format |
Article |
| author |
LINEVYCH, Ya. KOVAL, V. DUSHEІKO, M. LAKYDA, M. |
| author_facet |
LINEVYCH, Ya. KOVAL, V. DUSHEІKO, M. LAKYDA, M. |
| author_sort |
LINEVYCH, Ya. |
| title |
ДІОДНІ СЕНСОРИ ВОЛОГОСТІ НА ОСНОВІ КРЕМНІЄВИХ 1D НАНОРОЗМІРНИХ СТРУКТУР |
| title_short |
ДІОДНІ СЕНСОРИ ВОЛОГОСТІ НА ОСНОВІ КРЕМНІЄВИХ 1D НАНОРОЗМІРНИХ СТРУКТУР |
| title_full |
ДІОДНІ СЕНСОРИ ВОЛОГОСТІ НА ОСНОВІ КРЕМНІЄВИХ 1D НАНОРОЗМІРНИХ СТРУКТУР |
| title_fullStr |
ДІОДНІ СЕНСОРИ ВОЛОГОСТІ НА ОСНОВІ КРЕМНІЄВИХ 1D НАНОРОЗМІРНИХ СТРУКТУР |
| title_full_unstemmed |
ДІОДНІ СЕНСОРИ ВОЛОГОСТІ НА ОСНОВІ КРЕМНІЄВИХ 1D НАНОРОЗМІРНИХ СТРУКТУР |
| title_sort |
діодні сенсори вологості на основі кремнієвих 1d нанорозмірних структур |
| title_alt |
Humidity Diode Sensors Based on 1D Nanosized Silicon Structures |
| description |
Introduction. Humidity measurement is essential in microelectronics, aerospace, biomedical, and food industries, as well as in households for climate control. Currently, various types of devices have been used as humidity sensors: capacitive, resistive, diode, gravimetric, optical structures, field-effect transistors and devices based on surface acoustic waves.Problem Statement. Today, there is a need to develop IC-compatible humidity sensors that have high sensitivityand low cost. To this end, silicon nanowires have been successfully used in resistive and capacitive humidity sensors. However, there is a lack of research on the nanowire effect on device parameters of diode-type humidity sensors.Purpose. To develop diode sensors based on silicon nanowires and to determine the effect of process parameters of synthesis and structural features of nanowires on the performance of humidity sensors.Materials and Methods. The process of sensor fabrication includes several steps: chemical cleaning of silicon wafer, synthesis of silicon nanowires using standard or modified metal-assisted chemical etching, phosphorus diffusion to create a p-n junction, front and back metallization. The surface morphology of the nanostructures has been studied by scanning electron microscopy. The humidity-sensitive characteristics have been studied with theuse of salt hygrostats.Results. It has been shown that the addition of one-dimensional silicon nanostructures to the diode-type sensor signifi cantly improves its characteristics. The rectification ratio increases from 161 to 1807, the response ups from 4.5 to 25, the sensitivity grows from 1.6 to 4.02 (%RH)–1, while the response time and recovery time are reduced from 85/90 to 25/30 s, the hysteresis value goes down from 75 to 16%, the signal deviation after cycling drops from 15to 3%, and the signal fluctuation during continuous device operation decreases from 17 to 15%.Conclusions. The results have shown that the use of a simple and cheap nanowire synthesis technology is effective to produce humidity sensors. |
| publisher |
PH “Akademperiodyka” |
| publishDate |
2024 |
| url |
https://scinn-eng.org.ua/ojs/index.php/ni/article/view/560 |
| work_keys_str_mv |
AT linevychya humiditydiodesensorsbasedon1dnanosizedsiliconstructures AT kovalv humiditydiodesensorsbasedon1dnanosizedsiliconstructures AT dusheíkom humiditydiodesensorsbasedon1dnanosizedsiliconstructures AT lakydam humiditydiodesensorsbasedon1dnanosizedsiliconstructures AT linevychya díodnísensorivologostínaosnovíkremníêvih1dnanorozmírnihstruktur AT kovalv díodnísensorivologostínaosnovíkremníêvih1dnanorozmírnihstruktur AT dusheíkom díodnísensorivologostínaosnovíkremníêvih1dnanorozmírnihstruktur AT lakydam díodnísensorivologostínaosnovíkremníêvih1dnanorozmírnihstruktur |
| first_indexed |
2025-09-24T17:19:06Z |
| last_indexed |
2025-09-24T17:19:06Z |
| _version_ |
1850411092925218816 |
| spelling |
oai:ojs2.scinn-eng.org.ua:article-5602024-05-13T04:56:51Z Humidity Diode Sensors Based on 1D Nanosized Silicon Structures ДІОДНІ СЕНСОРИ ВОЛОГОСТІ НА ОСНОВІ КРЕМНІЄВИХ 1D НАНОРОЗМІРНИХ СТРУКТУР LINEVYCH, Ya. KOVAL, V. DUSHEІKO, M. LAKYDA, M. metal-assisted chemical etching silicon nanowires 1D nanostructures silicon diode humidity sensors метало-стимульоване хімічне травлення кремнієві нанонитки 1D наноструктури кремнієвий діод сенсори вологи Introduction. Humidity measurement is essential in microelectronics, aerospace, biomedical, and food industries, as well as in households for climate control. Currently, various types of devices have been used as humidity sensors: capacitive, resistive, diode, gravimetric, optical structures, field-effect transistors and devices based on surface acoustic waves.Problem Statement. Today, there is a need to develop IC-compatible humidity sensors that have high sensitivityand low cost. To this end, silicon nanowires have been successfully used in resistive and capacitive humidity sensors. However, there is a lack of research on the nanowire effect on device parameters of diode-type humidity sensors.Purpose. To develop diode sensors based on silicon nanowires and to determine the effect of process parameters of synthesis and structural features of nanowires on the performance of humidity sensors.Materials and Methods. The process of sensor fabrication includes several steps: chemical cleaning of silicon wafer, synthesis of silicon nanowires using standard or modified metal-assisted chemical etching, phosphorus diffusion to create a p-n junction, front and back metallization. The surface morphology of the nanostructures has been studied by scanning electron microscopy. The humidity-sensitive characteristics have been studied with theuse of salt hygrostats.Results. It has been shown that the addition of one-dimensional silicon nanostructures to the diode-type sensor signifi cantly improves its characteristics. The rectification ratio increases from 161 to 1807, the response ups from 4.5 to 25, the sensitivity grows from 1.6 to 4.02 (%RH)–1, while the response time and recovery time are reduced from 85/90 to 25/30 s, the hysteresis value goes down from 75 to 16%, the signal deviation after cycling drops from 15to 3%, and the signal fluctuation during continuous device operation decreases from 17 to 15%.Conclusions. The results have shown that the use of a simple and cheap nanowire synthesis technology is effective to produce humidity sensors. Вступ. Вимірювання вологості необхідне в мікроелектронній, аерокосмічній, біомедичній та харчовій промисловості, у побуті для клімат-контролю. Наразі як сенсори вологості використовують різні види приладів: ємнісні, резистивні, діодні, гравіметричні та оптичні структури, а також польові транзистори і прилади на поверхневих акустичних хвилях.Проблематика. На сьогодні є потреба у розробці інтегрально сумісних сенсорів вологи, які мають високу чутливість і низьку вартість. Для цього успішно використано кремнієві нанонитки у сенсорах вологості резистивного та ємнісного типу, проте бракує досліджень щодо впливу нанониток на вологочутливі характеристики сенсорів діодного типу.Мета. Розробка і дослідження діодних сенсорів вологості на основі кремнієвих нанониток та встановлення впливу технологічних параметрів синтезу та/або структурних особливостей нанониток на робочі характеристики сенсорів вологи.Матеріали й методи. Процес синтезу сенсорів вологості має кілька етапів: хімічне очищення кремнієвих пластин, синтез кремнієвих нанониток за допомогою стандартного або модифікованого металостимульованого хімічного травлення, дифузія фосфору для створення p-n-переходу, фронтальна і тильна металізація. Поверхневу морфологіюнаноструктур вивчали методом скануючої електронної мікроскопії, дослідження вологочутливих характеристикздійснювали за допомогою сольових гігростатів.Результати. Показано, що додавання одновимірних кремнієвих наноструктур до складу діодного сенсора вологи значно покращило його робочі характеристики: коефіцієнт випрямлення зріс з 161 до 1807, відгук — з 4,5 до 25, чутливість — з 1,6 до 4,02 (%RH)–1, тоді як час відгуку та час відновлення зменшилися з 85/90 до 25/30 c, величина гістерезису — з 75 до 16 %, девіація сигналу після циклювання — з 15 до 3 %, флуктуація сигналу під час неперервної роботи сенсора — з 17 до 15 %.Висновки. Використання простоїв та дешевої технології синтезу нанодротів є ефективним для виробництва сенсорів вологи. PH “Akademperiodyka” 2024-05-08 Article Article Рецензована стаття Peer-reviewed article application/pdf https://scinn-eng.org.ua/ojs/index.php/ni/article/view/560 10.15407/scine20.03.067 Science and Innovation; Том 20 № 3 (2024): Science and Innovation; 67-81 Science and Innovation; Vol. 20 No. 3 (2024): Science and Innovation; 67-81 2413-4996 2409-9066 10.15407/scine20.03 en https://scinn-eng.org.ua/ojs/index.php/ni/article/view/560/217 Copyright (c) 2024 Copyright Notice Authors published in the journal “Science and Innovation” agree to the following conditions: Authors retain copyright and grant the journal the right of first publication. Authors may enter into separate, additional contractual agreements for non-exclusive distribution of the version of their work (article) published in the journal “Science and Innovation” (for example, place it in an institutional repository or publish in their book), while confirming its initial publication in the journal “Science and innovation.” Authors are allowed to place their work on the Internet (for example, in institutional repositories or on their website). https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/ |