Структура и электрофизические свойства полупроводниковых металлооксидных нанокомпозитов при взаимодействии с газами

• Автор: Рембеза, Екатерина Станиславовна
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 289 с. : ил.

Глава 1. ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И МЕХАНИЗМЫ ГАЗОВОЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ПЛЕНОК ДИОКСИДА ОЛОВА И НАНОКОМПОЗИТОВ НА ИХ ОСНОВЕ

1.1 Физические свойства и зонная структура диоксида олова

1.1.1 Структура кристаллической решетки и физические свойства диоксида олова

1.1.2 Зонная структура диоксида олова

1.2 Механизмы электропроводности пленок диоксида олова

1.2.1 Электронный спектр энергий на поверхности

металлооксидных полупроводников

1.2.2 Существующие модели токопереноса и газовой чувствительности

1.3 Механизмы газовой чувствительности

1.4. Влияние микроструктуры пленок на их газовую

чувствительность

1.5. Влияние примесей металлов на газочувствительные
свойства пленок диоксида олова
Заключение к первой главе
Глава 2. МЕТОДЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СЕНСОРНЫХ СЛОЕВ И НАНОКОМПОЗИТОВ И ИССЛЕДОВАНИЯ ИХ СТРУКТУРЫ
2.1. Подготовка подложек
2.2. Методы получения слоев диоксида олова
2.2.1 Метод дегидратации водных растворов солей олова
2.2.2 Метод реактивного магнетронного распыления металлического олова
2.2.3 Метод реактивного ионно-лучевого распыления

2.3. Методики легирования пленок диоксида олова
различными примесями
2.3.1 Легирование пленок диоксида олова примесью сурьмы
2.3.2 Легирование пленок диоксида олова
примесями металлов
2.4 Изготовление металлооксидных нанокомпозитов
2.5 Измерение толщины пленок 8п02
2.6 Методы исследования структуры
металлооксидных нанокомпозитов
2.6.1 Рентгеновская дифракция
2.6.2 Рентгеновский микроанализ
2.6.3 Электронная оже-спектроскопия
2.6.4 Масс-спектрометрия вторичных нейтральных частиц
2.6.5 Методы электронной микроскопии
2.6.6 Атомная силовая микроскопия
2.7 Методы определения физических параметров
металлооксидных нанокомпозитов
2.7.1 Измерение оптических параметров пленок БпСЬ
2.7.2 Методы измерения электрических параметров
пленок 8п02
2.7.3 Электрические параметры пленок Бп02,
измеренные с помощью эффекта Холла
2.7.4 Методика измерения газовой чувствительности
пленок 8п02
2.8 Обработка поверхности пленок диоксида олова
2.8.1 Изотермический отжиг
2.8.2 Импульсный лазерный и фотонный отжиги
2.8.3 Плазмохимическое травление пленок 8п02
Выводы ко второй главе
Глава 3. ФОРМИРОВАНИЕ НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ ПЛЕНОК ДИОКСИДА ОЛОВА ТЕРМИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ, ИХ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ И ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
3.1 Влияние изотермического отжига на физические
и газочувствительные свойства пленок 8п02
3.2 Влияние импульсной лазерной обработки
на физические свойства пленок диоксида олова
3.3 Влияние импульсного некогерентного светового
отжига на физические свойства пленок 8п02
3.4 Фрактальный анализ разупорядоченных пленок
диоксида олова после термообработки
Выводы к третьей главе
Глава 4. ИЗМЕНЕНИЕ АДСОРБЦИОННЫХ СВОЙСТВ ПЛЕНОК ДИОКСИДА ОЛОВА ЛЕГИРОВАНИЕМ ПРИМЕСЯМИ ПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВ И МОДИФИКАЦИЕЙ РЕЛЬЕФА ПОВЕРХНОСТИ
4.1. Влияние термообработки на структуру
легированных пленок 8п02
4.2. Температурные зависимости электрофизических
характеристик пленок 8п02, легированных Р1 и Рс1
4.3. Механизмы газовой чувствительности пленок 8п02,
легированных платиной и палладием
4.4 Изменение адсорбционных свойств пленок Ьп02
модификацией рельефа поверхности
4.4.1 Микроструктура и электрофизические свойства пленки Бп02 с проводимостью, модулированной
размером зерна
4.4.2 Особенности адсорбции газов при изменении состояния поверхности пленки 8п02и
природы детектируемого газа

ределяет электропроводность поликристаллического материала в целом. Наибольшее влияние состояния поверхности на электрофизические свойства материала наблюдается при соблюдении условия: Б/2 < Б, где Б - размер кристаллитов, Ь - протяженность обедненного слоя. Для разных оксидов Ь изменяется от 3 до 10 нм [11].
Газовая чувствительность металлооксидного полупроводника, а следовательно и сенсоров, детектирующих горючие, взрывоопасные и т.п. газы, сильно зависит от размеров зерна в пленке и ее микроструктуры [22, 23, 25, 28,29].
Как говорилось выше, каждый кристаллит имеет на своей поверхности обедненный электронами поверхностный слой глубиной Ь, где Б определяется дебаевской длиной экранирования и величиной хемосорбции кислорода. Если диаметр Б кристаллита уменьшается до сравнимых с размерами 2Ь величин, весь кристаллит представляет собой область, обедненную электронами, что является причиной газовой чувствительности элемента. Такие кристаллиты очень чувствительны к восстановительному газу в зависимости от изменения размера Б.
В работе [23] влияние размеров зерен на газовую чувствительность исследовалось с использованием пористых спеченных элементов на основе 8п02, изготовленных из чистого БпОг и БпСЬ с добавками других оксидов. Когда размеры кристаллитов 8п02 имеют порядок 5-32 нм, газовая чувствительность к Н2 и СО круто возрастает с уменьшением размеров зерен, по сравнению с удвоенным значением Ь (порядка 6 нм) как в чистых, так и в легированных образцах [22]. Установлено, что величина Б легированных примесями (А13+ и БЬ3+) пленок 8п02 может меняться в больших пределах, даже когда величина Б остается постоянной, что зависит от легирующей примеси. Авторами работы [23] отмечается также, что пленки 8п02, легированные А1, имеют высокую чувствительность с увеличением Б даже при зна-