Кремнієві сенсорні структури з фотоелектричним та нелінійно-оптичним відгуком

Дисертаційна робота присвячена розробці та дослідженню сенсорних структур на основі кремнію, аналітичний відгук яких базується на фізичних ефектах, хіміко-аналітичному використанню яких практично не приділялося уваги у літературі. У роботі розглядаються два такі ефекти: фотогенерація електрон-діркових пар та фотоіндуковані зміни показника світлозаломлення; а отже, і два типи сенсорних структур: з фотоелектричним та нелінійно-оптичним відгуком.
У роботі отримано та досліджено фотоелектричні сенсорні структури на основі монокристалічного кремнію з глибоким p-n переходом, відгук яких ґрунтується на зміні швидкості приповерхневої рекомбінації електрон-діркових пар у напівпровіднику залежно від хімічного складу рідини, нанесеної на чутливу поверхню. За результатами роботи виготовлено та досліджено прототипи сенсорних структур, чутливі до рН, іонних ПАР та нітрат-іону. Встановлено лінійні залежності фотоструму від рН та логарифму концентрації цільових іонів у діапазоні рН = 5 - 9 та C(𝑁𝑂3−) = 10-1 - 10-5М. Проведено дослідження селективності до нітрат-іонів у присутності сульфату та обраховано оцінку логарифму коефіцієнта селективності (−𝑙𝑜𝑔𝐾𝑁𝑂3−,𝑆𝑂42− = 3,5).

Ключові слова: Напівпровідниковий сенсор, електрохімічний сенсор, електрохімія, фотоелектрохімія, покриття поверхні, плівка SiO2, полімерні селективні плівки, іон-селективний електрод, рекомбінація, фотострум, поруватий кремній, нелінійно-оптичний відгук, фотоіндуковані зміни пропускання, аналіз води, метод добавок.

The dissertation work is devoted to the development and research of sensor structures based on silicon, the analytical response of which is based on physical effects, the chemical-analytical use of which was practically not paid attention in the literature. The paper considers two such effects: photogeneration of electron-hole pairs and photoinduced changes in the refractive index; and therefore, two types of sensor structures: with photoelectric and nonlinear-optical response.
Photoelectric sensor structures based on monocrystalline silicon with a deep p-n junction were obtained and investigated in the work. The response of such sensor structured is based on the change in the velocity of near-surface recombination of electron-hole pairs in the semiconductor depending on the chemical composition of the liquid applied to the sensitive surface. Based on the results of the work, prototypes of sensor structures sensitive to pH, ionic surfactants, and nitrate ion were manufactured and investigated. Linear dependences of the photocurrent on pH and the logarithm of the concentration of target ions in the range of pH = 5 - 9 and C(𝑁𝑂3−) = 10-1-10-5М were established. Selectivity to nitrate ions in the presence of sulfate was studied and the estimate of the logarithm of the selectivity coefficient was calculated (−𝑙𝑜𝑔𝐾𝑁𝑂3−,𝑆𝑂42−=3,5).

Key words: semiconductor sensor, electrochemical sensor, electrochemistry, photoelectrochemistry, surface coating, SiO2 film, polymer selective films, ion-selective electrode, recombination, photocurrent, porous silicon, nonlinear-optical response, photoinduced changes in transmittance, water analysis, addition technique.

Дорощук В. В. Кремнієві сенсорні структури з фотоелектричним та нелінійно-оптичним відгуком : дис. ... д-ра філос. : 102 Хімія / Дорощук Володимир Вікторович. – Київ, 2023. – 171 с.