Комплексне аналітичне моделювання газового датчика з гетероструктурою на основі AlGaN/GaN

Сьогодні людство стикається з серйозною проблемою, пов'язаною із забрудненням навколишнього середовища через викиди промислових газів і промислових відходів, які можуть становити небезпеку для навколишнього середовища і викликати серйозні проблеми зі здоров'ям людей. Так датчики летких органічних сполук (ЛОС) привернули велику увагу дослідників протягом останнього десятиліття. Оскільки ацетон належить до ЛОС, які широко використовуються у всіх дослідницьких лабораторіях, в промисловості та споживчих матеріалах, то моніторинг рівня концентрації ацетону є корисним для біомедичних та екологічних досліджень. Тому гетероструктура AlGaN/GaN діода Шотткі була аналітично змодельована для ефективного виявлення ацетону. Як наслідок спонтанної та п'єзоелектричної поляризації, двовимірний електронний газ високої щільності, що утворюється на межі розділу AlGaN/GaN, є дуже чутливим до змін стану поверхні. Завдяки полярності ацетону електростатичний потенціал поверхні AlGaN змінюється при введенні чутливого датчика в ацетон (дипольний момент ( 2,9 Dy). Ця зміна потенціалу призводить до модифікації двовимірного електронного газу і, отже, зміни струму. Інструмент TCAD використовується для моделювання діодного датчика Шотткі та кривих I-V, отриманих при різних температурах для різних рівнів концентрації газу. За кривими I-V визначається чутливість за напруги зміщення 0,5 В при підвищеній температурі 450 K, реєструється близько 72 % відгуку в присутності газу з 100 ppm, оскільки ця модель оцінює чутливі властивості. Також спостерігається, що чутливість насичується після 450 K, отже, визначається оптимальна робоча температура 450 K; пристрій також демонструє гарну лінійність та відгук при різних температурах. Чутливість змінюється відповідно до зміни покриття поверхні, яка в кінцевому рахунку зростає через збільшення концентрації газу до певної межі. Отже, враховано залежність покриття поверхні від різних концентрацій газу.