Библиографическое описание:

Пронин И. А. Анализ концентрации собственных дефектов при создании газочувствительных структур на основе диоксида олова // Молодой ученый. — 2012. — №8. — С. 7-8.

Актуальной на сегодняшний день является задача создания газовых сенсоров нового поколения, обладающих высокими чувствительностью и селективностью, стабильными параметрами, низкой себестоимостью и малыми габаритами [1]. Существует разные пути получения газочувствительных слоёв [2]: высокочастотное магнетронное распыление, реактивное катодное распыление на постоянном токе, электронно-лучевое испарение, метод молекулярного наслаивания, окисление слоев металлического олова, импульсное лазерное напыление, гидролиз водно-спиртовых растворов хлоридов олова, пиролиз хлористого олова, золь-гель технология [3-8]. Интересен также способ окисления других фаз, в частности, теллурида олова [9, 10]. Так, при добавке йода при окислении SnTe до диоксида олова наблюдается высокая чувствительность к практически неполярным газам, таким как толуол.

Большое влияние на термодинамические и кинетические химические свойства полупроводниковых газочувствительных слоёв на основе SnO2 оказывает нарушение трансляционной симметрии – вакансии, междоузельные атомы, антиструктурные замещения [11]. Модельные представления о статистическом взаимодействии электронов и дефектов в полупроводниках формировались под влиянием кристаллохимической модели строения полупроводников Б.Ф. Ормонта, а также квазихимической модели дефектов Крёгера.

В диоксиде олова существуют дефекты, которые отвечают за n-тип проводимости (вакансии в подрешетке кислорода, межузельное олово), а также за p-тип проводимости (вакансии в подрешетке олова). Рассчитанные концентрации точечных дефектов и носителей заряда в зависимости от давления кислорода для температуры 1223 К представлены на рисунке 1 [12].

Оценим перераспределение собственных точечных дефектов структуры от температуры и времени обработки. Для этого примем ряд допущений:

Рис. 1. Диаграмма равновесия собственных точечных дефектов в диоксиде олова при 1223 К


- концентрация носителей заряда в диоксиде олова в отсутствие легирования полностью определяется разностью донорного и акцепторного типа дефектов: n = ND(х, Т) – NА(х, Т) – для n-типа;

- концентрации дефектов донорного и акцепторного ND(х, Т) и NА(х, Т) зависят от температуры процессаТ и состава твердого раствора по х; концентрация точечных дефектов обоих типов на границе раздела фаз соответствует равновесным значениям и . Например, в хорошо изученных материалов (Pb1–хSnх)1–уTeу для границы области гомогенности со стороны металла [13]:

,

,

где ND0, NA0– множители, не зависящие от температуры.

Расчёт для диоксида олова показывает, что для нелегированного диоксида олова во всей области гомогенности преобладают только точечные дефекты донорного типа, т.е. SnO2 обладает только электронным типом проводимости [14]. Состояние, близкое к компенсации наблюдается при парциальном давлении кислорода ~ 1 атм. и при температуре ~ 1000 К.

Таким образом, показана необходимость учета собственных дефектов при создании газочувствительных структур как в объемных и плечных исполнениях, так и в виде наноструктурированных систем. В последнем случае особо важна роль дефектов межзеренных барьеров [15]. Одной из перспективных технологий создания такого типа датчиков является золь-гель-технология,особенностью которой является гибкое управление синтезируемыми материалами.


Литература:
  1. Аверин И.А., Печерская Р.М., Пронин И.А. Энергосберегающий газовый сенсор с наноструктурированным поверхностным рельефом // Сб. статей Международной научно-практической конференции: Разработка и внедрение ресурсо- и энергосберегающих технологий и устройств, Пенза, 15–16 апреля 2010. – С. 35-38.

  2. Давыдов С.Ю., Мошников В.А., Томаев В.В. Адсорбционные явления в поликристаллических полупроводниковых сенсорах: Учеб.пособие / СПбГЭТУ. СПб., 1998. 56 с.

  3. Аверин И.А., Мошников В.А., Пронин И.А. Особенности созревания и спинодального распада самоорганизующихся фрактальных систем // Журнал «Нано- и микросистемная техника», № 5, 2012 год, с. 29-33.

  4. Аверин И.А., Александрова О.А., Мошников В.А., Печерская Р.М., Пронин И.А. Типы фазового распада растворов полимеров // Журнал «Нано- и микросистемная техника», № 7, 2012 год, с. 12-14.

  5. Грачёва И.Е., Мошников В.А., Пронин И.А. Исследование материалов на основе диоксида кремния в условиях кинетики самосборки и спинодального распада двух видов // Нанотехника. – 2011. – №2 (9). – С. 46-54.

  6. Аверин И.А., Карпова С.С., Никулин А.С., Мошников В.А., Печерская Р.М., Пронин И.А. Управляемый синтез тонких стекловидных пленок // Нано- и микросистемная техника. – 2011.– №1. – С.23-25.

  7. Аверин И.А., Печерская Р.М., Пронин И.А. Изучение газочувствительных систем, полученных с помощью золь-гель-технологии, методом спектроскопии импеданса // Труды Международного симпозиума: Надежность и качество, Пенза, 23 мая–31 мая 2011. – Т.2.– С. 84–85.

  8. Аверин И.А., Печерская Р.М., Пронин И.А. Мультисенсорные газовые системы на основе нанотехнологий и перспективы выхода на инновационный рынок // Труды Международного симпозиума: Надежность и качество, Пенза, 23 мая–31 мая 2011. – Т.2.– С. 82–84.

  9. Андреев Ю.Н., Даринский Б.М., Мошников В.А., Сайко Д.С., Ярославцев Н.П. Внутреннее трение при изменении формы малых включений // Физика и техника полупроводников, – 2000, – том 34, – вып. 6, – С. 644-646.

  10. Андреев Ю.Н., Бестаев М.В., Димитров Д.Ц., Мошников В.А., Таиров Ю.М., Ярославцев Н.П. Методика исследований субмикровыделений в поликристаллических материалах методом внутреннего трения // Физика и техника полупроводников, – 1997, – том 31, – № 7, – С. 841-843.

  11. Александрова О.А., Максимов А.И., Мошников В.А., Чеснокова Д.Б. Халькогениды и оксиды элементов IV группы. Получение, исследование, применение // Под ред. Мошникова В.А. СПб.: «Технолит», – Изд-во «Технолит», – 2008. – 240 с.

  12. D. Tz. Dimitrov, O.F. Lutskaya, V.A. Moshnikov The control of defect in the gas-sensitive tin dioxide layers // Electron Technology, – 2000, – Vol. 33, – No. 1/2, – pp. 61-65.

  13. Александрова О.А., Камчатка М.И., Миропольский М.С. Известия АН СССР. Серия Неорганические материалы. Т.24, №1, с. 60-64 (1988).

  14. Аверин И.А., Печерская Р.М., Пронин И.А. Особенности низкотемпературной самоорганизации золей на основе двухкомпонентных систем на основе SiO2SnO2 // Журнал «Нано- и микросистемная техника», № 11, 2011 год, с. 27-30.

  15. Аверин И.А., Никулин А.С., Мошников В.А., Печерская Р.М., Пронин И.А. Чувствительный элемент газового сенсора с нанострукутрированным поверхностным рельефом // Датчики и системы. – 2011. – №2. – С. 24-27.

  16. Пронин И.А. Управляемый синтез газочувствительных пленок диоксида олова, полученных методом золь-гель-технологии // Молодой ученый. – 2012. – №5. – С. 57-60.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle