Исследование свойств тонких пленок фталоцианинов и методов их модифицирования для газовых сенсоров

• Автор: Закамов, Вячеслав Робинович
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 115 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. Литературный обзор

1.1. Фталоцианины и их основные свойства

1.2. Кристаллическая структура фталоцианинов

1.2.1. У паковка молекул фталоцианинов

1.2.2. Основные факторы, влияющие на размер, форму и

ориентацию кристаллитов. Морфология поверхности

1.3. Адсорбционные свойства фталоцианинов

1.4. Электрофизические свойства
1.4.1. Проводимость фталоцианинов
1.4.2. Вольт-амперные характеристики
1.4.3. Контактные явления
1.5. Электронно-оптические свойства фталоцианинов
1.6. Модели электропереноса в органических материалах
1.7. Влияние легирования на проводимость пленок фталоцианинов
1.8. Ионно-лучевое легирование пленок фталоцианинов
Выводы по 1 главе
ГЛАВА 2. Методика проведения эксперимента
2.1. Используемые материалы. Очистка фталоцианинов
2.2. Методика получения тонких фталоцианиновых пленок
2.3. Методика исследования полупроводниковых свойств тонких фталоцианиновых пленок
2.3.1. Методика проведения измерений
2.3.2. Теоретическая модель температурной зависимости вольт-амперных характеристик
2.4. Электронная спектроскопия
2.5. Сканирующая зондовая микроскопия
2.6. Методика ионно-лучевого легирования
2.7. Методика создания композитных пленок на основе фталоцианинов
Выводы по 2 главе
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ ГЛАВА 3. Структурные исследования
3.1. Влияние температуры осаждения и термической обработки
на воздухе на структуру пленок РсСи и CIxPcCu
3.2. Влияние ионно-лучевой имплантации на структуру пленок фталоцианинов
3.2.1. Влияние ионно-лучевой имплантации на структуру
пленок С1хРсСи
3.2.2. Рентгено-спектральное исследование облученных пленок С1хРсСи

3.2.2.1. Исследование состава поверхности
3.2.2.2. Исследование состава пленок С1кРсСи при аргонно-лучевом травлении
3.2.3. Влияние ионно-лучевой имплантации на структуру
пленок РсСи
Выводы по 3 главе
ГЛАВА 4. Электрофизические свойства
4.1. Особенности электрофизических свойств пленок РсСи
4.2. Особенности электрофизических свойств пленок С1хРсСи
Выводы по 4 главе
ГЛАВА 5. Влияние ионно-лучевого легирования на электрофизические свойства пленок фталоцианинов
5.1. Влияние облучения ионами углерода на электрофизические свойства пленок С1хРсСи и РсСи
5.2. Проводимость пленок С1хРсСн и РсСи,облученных ионами углерода, на воздухе
5.3. Влияние облучения ионами углерода на проводимость пленок
РсСи разных структур
5.4. Ионно-лучевое легирование пленок С1хРсСи ионами 81, Се, 8п,
СииМ§
Выводы по 5 главе
ГЛАВА 6. Возможности модифицирования фталоцианиновых иле- 91 нок
6.1. Композитные пленки фталоцианин-металл
6.1.1. Получение композитных слоев фталоцианин-металл
6.1.2. Влияние отжига на воздухе на проводимость композитных
пленок фталоцианин-металл
6.1.3. Вольт-амперные характеристики композитных пленок фталоцианин-металл
6.2. Композитные пленки из С1хРсСи и РсСи
Выводы по 6 главе
ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. Фталоцианины в настоящее время являются широко исследуемыми молекулярными полупроводниками, что связано с причинами как прикладного, так и научного характера. Они обладают уникальными термической и химическими стойкостями в сочетании с полупроводниковыми и фотоэлектрическими свойствами, и считаются перспективными органическими материалами для молекулярной электроники, оптоэлетроники и химической сенсорики.
Особый интерес вызывает применение фталоцианинов в качестве датчиков газового анализа, поскольку их электропроводность зависит от адсорбции газов донор-ной или акцепторной природы.
Однако получаемые на сегодняшний день фталоцианиновые пленки обладают двумя недостатками, которые мешают их практическому применению: это низкое, трудно измеряемое значение проводимости и их невысокая стабильность. Способы, которые улучшали бы свойства пленок, пока не найдены. Остается дискуссионным вопрос о механизме их проводимости. Не полностью ясен механизм влияния газов на их проводимость. Кроме того, недостаточно изучен вопрос о корреляции между структурными особенностями молекулы фталоцианина и свойствами пленок.
Поэтому, естественно, что комплексные, систематические исследования свойств пленок фталоцианинов в реальных условиях применения, а также возможностей методов их модифицирования являются важной и актуальной задачей.
Целью работы являлось исследование возможности получения тонких пленок фталоцианина с оптимальными сенсорными свойствами на аммиак.
В качестве основных объектов исследования был выбран фталоцианин меди (РсСи) и хлорзамещенный фталоцианин меди (С1хРсСи). Структура молекулы фталоцианина меди представлена на рис. 1.1.. Молекула хлорзамещенного фталоцианина меди отличается от молекулы фталоцианина меди тем, что в ней большинство атомов водорода замещены на атомы хлора. Хотя молекулы РсСи и С1хРсСи являются химическими аналогами, но электрофизические свойства их сильно различаются. Пленки РсСи обладают дырочной проводимостью, а пленки С1хРсСи электронной, поэтому в работе рассматривалась возможность создание чувствительного слоя с различным откликом на аммиак - газ донорной природы.
Для реализации поставленной цели было необходимо решить следующие задачи:

2.3. Методика исследования полупроводниковых свойств тонких фталоцианиновых пленок
2.3.1. Методика проведения измерений
Для проведения электрофизических измерений в настоящей работе использовались измерительные подложки, схематически представленные на рис. 2.2.. Подложка состоит из поликоровой пластины (1), с изготовленными на ее поверхности встречно-штыревых (растровых) электродов из никеля (2). В работе использовались подложки двух размеров 3x3x1 мм и 16x14x1 мм, с зазором между электродами 2*10 3 и 10"2 см. Длина зазора для данных подложек составляла 8.4 и 42 см, а высота электрода 10° и 10"4 см. Перед использованием подложки промывались дистиллированной водой, хлороформом, ацетоном, сушились и на них проверялись токи утечки, которые должны были составлять не более 2*10'12 А при приложенном напряжении 10 В.
На подложку методом вакуумной сублимации наносился слой исследуемого фталоцианина (3), согласно п.2.2.. Толщина слоя, не превышала 250 нм. Поскольку электроды были компланарны, то можно считать, что сопротивление материала (К) между электродами подчинятся уравнению [110,111]:
Я = р а/(Ь хф, (2.1.)
где р - удельное сопротивление, (! - толщина слоя фталоцианина, а - расстояние между электродами, Ь - длина зазора.
Измерения температурных зависимостей проводимости пленок осуществлялись в специально изготовленной измерительной ячейке, которая была расположена на столике в ВУП-5. Это позволило проводить измерения, как в вакууме, так и на воздухе, а так же в присутствии газа, который запускался под высоковакуумный колпак.
С помощью прижимных контактов на электроды подавалось стабилизированное постоянное напряжение (как правило, в интервале 0.1-3 В для омической проводимости и от 1 до 300 В при изучении ВАХ) и измерялся протекающий через пленку ток при помощи измерителя малых токов ИМТ-05, который был подключен к самопишущему потенциометру КСП-4. После этого производился расчет величины удельной проводимости о (Ом^см'1). Для измерения образцов с проводимостью большей, чем предел измерения у ИМТ-05 использовался универсальный вольтметр В7-40.