Электрофизические и газочувствительные свойства нанокристаллических пленок-композитов на основе диоксида олова

• Автор: Кошелева, Наталья Николаевна
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 124 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

Глава 1. СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О МЕХАНИЗМАХ

ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ И ГАЗОВОЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ МЕТАЛЛООКСИДНЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВ

1.1. Кристаллическая решетка диоксида олова, е строение. Характеры стика диоксида олова как сенсорного материала

1.2. Взаимодействие молекул газов с поверхностью металлооксидных полупроводников

1.3. Модели токопереноса и газовой чувствительности в металлооксид ных полупроводниках

1.3.1. Электрическая модель

1.3.2. Барьерная модель

1.3.3. Модели газовой чувствительности

1.4. Влияние микроструктуры пленок на их газовую чувствительность

1.5. Влияние легирования на газовую чувствительность пленок
Выводы к первой главе
Глава 2. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
2.1. Способы изготовления пленоккомпозитов на основе металлоок сидных полупроводников
2.1.1. Метод ионнолучевого распыления
2.1.2. Метод магнетронного распыления
2.2. Измерение основных параметров пленоккомпозитов на основе ди оксида олова
2.2.1. Измерение толщины пленок диоксида олова
2.2.2. Измерение удельного сопротивления
2.2.3. Температурные зависимости электрических параметров пленок диоксида олова, измеренные с помощью эффекта Холла
2.2.4. Методика измерения газовой чувствительности пленок 8п
2.2.5. Исследование оптических свойств пленоккомпозитов
2.3. Методы исследования структуры металлооксидных композитов
2.3.1. Рентгеновский микроанализ
2.3.2. Дифракционная электронная микроскопия
2.3.3. Исследование морфологии пленоккомпозитов
Выводы ко второй главе
Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СОСТАВА НА ЭЛЕКТРОФИ
ЗИЧЕСКИЕ И ГАЗОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЕ СВОЙСТВА ПЛЕНОККОМПОЗИТОВ
3.1. Основные параметры пленоккомпозитов на основе 8пОг
3.1.1. Состав пленоккомпозитов на основе диоксида олова
3.1.2. Термостабилизация пленоккомпозитов на основе диоксида олова
3.1.3. Морфология поверхности пленоккомпозитов на основе БпСЬ
3.2. Электрофизические и газочувствительные свойства пленок
композитов на основе диоксида олова
3.2.1. Элекгрофизические свойства пленоккомпозитов на основе диоксида олова
3.2.2. Газовая чувствительность пленоккомпозитов на основе диоксида олова
3.3. Оптические свойства пленоккомпозитов на основе диоксида олова
Выводы к третьей главе
Основные выводы и результаты
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ


При уменьшении размера зерна температура максимальной газовой чувствительности снижается по сравнению с пленкой диоксида олова на десятки °С и более. Установлено, что электропроводность пленок-композитов на основе диоксида олова с добавкой оксида кремния, изготовленных ионно-лучевым напылением, осуществляется по механизму сверхмалых частиц. Выявлен характер зависимости концентрации носителей заряда, их подвижности и электропроводности от температуры и величины концентрации исследуемого газа. Экспериментально подтверждена модель взаимодействия различных форм заряженного кислорода с молекулами газа. Режимы изготовления и термообработки пленок диоксида олова, полученные в процессе выполнения диссертации, могут быть использованы для изготовления чувствительных элементов тонкопленочных датчиков газов. Полученные новые данные об электрических и газочувствительных свойствах пленок-композитов на основе диоксида олова в зависимости от их состава могут быть использованы для улучшения газочувствительных параметров датчиков газов и снижения их потребляемой мощности. Запатентован способ изготовления чувствительного элемента на основе пленок-композитов для датчика газов (Патент РФ № 6 от г. Размер зерен пленок-композитов на основе диоксида олова с добавками оксида кремния и циркония уменьшается при увеличении концентрации Бі и Zr. Наименьший размер зерен (5 нм и нм) наблюдается в пленках-композитах на основе диоксида олова, содержащих 3,9 ат. Характер температурной зависимости подвижности и концентрации носителей заряда показывает, что механизм проводимости пленок-композитов на основе диоксида олова при взаимодействии с газовой смесыо описывается моделью сверхмалых частиц для пленок-композитов с размером зерна меньшим, чем удвоенная дебаевская длина экранирования. Увеличение концентрации кремния (до 3,9 ат. Причиной уменьшения температуры максимальной чувствительности в пленках-композитах на основе диоксида олова с добавкой оксида кремния является снижение температуры изменения зарядового состояния (О'—Ю2) ионов кислорода на поверхностных уровнях при их взаимодействии с молекулами исследованных газов, что является следствием уменьшения размеров зерна до величин порядка 5 нм. Апробация работы. III, IV Всероссийских конференциях «ФАГРАН- и » (Воронеж, , ); VI, VII, VIII Международных научных конференциях «Химия твердого тела и современные микро- и нанотехнологии» (Кисловодск, , , ); XXXVII Международном научно-техническом семинаре «Шумовые и деградационные процессы в полупроводниковых приборах» (Москва, ); VI Всероссийской школе-конференции «Нелинейные процессы и проблемы самоорганизации в современном материаловедении» (Воронеж, ); Международной конференции «Актуальные проблемы ФТТ-» (Минск, ). Макетный образец газового сенсора, изготовленный на основе пленок-композитов, отмечен дипломом победителя конкурса "Инновации - " на VII Межрегиональной выставке "РОСПРОМЭКСПО" (Воронеж, ), золотой медалью VI Московского международного салона инноваций и инвестиций (Москва, ВВЦ, ), грамотами региональных выставок-конкурсов «Воронеж - ваш партнер» (, , ). Публикации. По теме диссертации опубликовано научных работ, в том числе 4 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, и 1 патент РФ. Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 3 глав и заключения. Основная часть работы изложена на 4 страницах, содержит 3 таблицы, рисунков и список литературы из наименований. Глава 1. Кристаллическая решетка диоксида олова, её строение. Диоксид олова имеет тетрагональную структуру рутила с периодами а = 0, нм и с = 0, нм [1]. На рис. Каждый атом олова окружен шестью атомами кислорода, а каждый атом кислорода - тремя атомами олова. Электрофизические свойства диоксида олова зависят от способа и режимов получения. Рис. Несмотря на широкое применение диоксида олова, результаты его исследований носят противоречивый характер. Это относится к литературным данным по энергетическому спектру уровней в запрещенной зоне. В работах [2 - 4] с помощью различных методов исследования были найдены донорные уровни с энергиями активации в пределах от 0,2 до 1,9 эВ, физическая природа которых точно не объяснена.