Структура, электрические и газосенсорные свойства тонких пленок Sn-Y-O, полученных методом реактивного ионно-лучевого напыления

И.В. Бабкина, О.В. Жилова, Ю.Е. Калинин, В.А. Макагонов, О.И. Ремизова, А.В. Ситников

Аннотация на русском языке

Пленки Sn-Y-O после кристаллизации проявляют газосенсорные свойства по отношению к водороду. В частности, введение водорода в среду аргона при температуре 350 °С приводит к уменьшению электрического сопротивления нанокристаллической тонкой пленки Sn-Y-O с содержанием Y 4.8 ат. % более чем на 60 %.В работе рассмотрены результаты исследования структуры, электрических и газосенсорных свойств тонких пленок Sn-Y-O с содержанием Y от 0,4 до 4,8 ат.%, полученных методом реактивного ионно-лучевого напыления в атмосфере аргона с добавлением кислорода. Составная мишень, используемая при напылении, представляет собой пластину олова с неравномерно расположенными на поверхности полосками иттрия. Такая конфигурация мишени позволила за один цикл напыления получить 75 образцов с концентрацией иттрия от 0,4 до 4,8 ат.%. В исходном состоянии пленки Sn-Y-O имеют аморфную структуру. Процесс кристаллизации в полученной системе наблюдается при температурах 400 – 500 °С и начинается с выделения метастабильной кристаллической фазы SnO. При этом температура начала процесса кристаллизации увеличивается с ростом содержания Y. Дальнейшее увеличение температуры термообработки приводит к превращению части фазы SnO в SnO2 и выделению кристаллического соединения Y2O3. Исследования электрических свойств тонких пленок Sn-Y-O в исходном состоянии показали, что электрическое сопротивление при комнатной температуре имеет значение более 1010 Ом•см и уменьшается с повышением температуры. После термообработки, приводящей к кристаллизации пленок Sn-Y-O, процесс электропереноса при температурах, близких к комнатной, является термоактивированным с энергией активации около 0,23 эВ. Пленки Sn-Y-O после кристаллизации проявляют газосенсорные свойства по отношению к водороду. В частности, введение водорода в среду аргона при температуре 350 °С приводит к уменьшению электрического сопротивления нанокристаллической тонкой пленки Sn-Y-O с содержанием Y, равным 4.8 ат. %, более чем на 60%.

Ссылки (9)

1.
J. Rockenberger, U. zum Felde, M. Tischer, L. Troger, M. Haase, H. Weller. J. Chem. Phys. 112, 4296 (2000). DOI: 10.1063/1.480975
2.
S. Monredon, A. Cellot, F. Ribot, C. Sanchez, L. Armelao, L. Gueneau, L. Delattre. J. Mater. Chem. 12, 2396 (2002). DOI: 10.1039/b203049g
3.
N.‑S. Baik, G. Sakai, N. Miura, N. Yamazoe. J. Am. Ceram. Soc. 83, 2983 (2000). DOI: 10.1111/j.1151-2916.2000.tb01670.x
4.
H.‑W. Ha, K. Kim, M. de Borniol, T. Toupance. J. Solid State Chem. 179, 702 (2006). DOI:10.1016/j.jssc.2005.11.022
5.
E. S. Rembeza, O. Richard, J. V. Landuyt. Mater. Res. Bull. 34, 1527 (1999). DOI: 10.1016/S0025-5408(99)00188-9
6.
N. Sergent, P. Gelin, L. P. Camby, H. Praliaud, G. Thomas. Sensors and Actuators B 84, 176 (2002). DOI: 10.1016/S0925-4005(02)00022-9
7.
S. A. Gridnev, Yu. E. Kalinin, A. V. Sitnikov, O. V. Stognei. Nonlinear phenomena in nano- and microheterogeneous systems. Moscow, BINOM Laboratoriya znaniy (2012) 352 p. (in Russian) [С. А. Гриднев, Ю. Е. Калинин, А. В. Ситников, О. В. Стогней. Нелинейные явления в нано- и микрогетерогенных системах. Москва, БИНОМ Лаборатория знаний (2012) 352 c.]
8.
Yu. A. Vashpanov, V. A. Smyntyna. Adsorption sensitivity of semiconductors. Odessa, «Astroprint» (2005) 216 p. (in Russian) [Ю. А. Вашпанов, В. А. Смынтына. Адсорбционная чувствительность полупроводников. Одесса, «Астропринт» (2005) 216 с.]
9.
K. P. Bogdanov, D. T. Dimitrov, O. F. Lutskaya, Yu. M. Tairov. Semiconductors 32, 1033 (1998). DOI: 10.1134/1.1187560