Температурная зависимость проводимости пленки Cu:SnO2 на воздухе
Н.А. Клычков, В.В. Симаков, И.В. Синёв
Институт физики ФГБОУ ВО «Саратовский национальный исследовательский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского»
DOI: 10.26456/pcascnn/2023.15.119
Оригинальная статья
Аннотация: Проведены исследования температурной зависимости проводимостипленок на основе Cu:SnO2, изготовленных с помощью магнетронного распыления смешанной мишени CuO/SnO2. Температурные зависимости проводимости носили существенно нелинейный характер. Обнаружено, что на температурной зависимости наблюдается локальный минимум проводимости вблизи температуры 330°C. Для объяснения полученных результатов предложена математическая модель адсорбции частиц кислорода на поверхности широкозонных полупроводников в различных формах. Предполагалось, что адсорбция частиц кислорода приводит к возникновению примесных уровней акцепторного типа, локализованных вблизи поверхности полупроводника. Выполненное моделирование в рамках предложенной модели показало качественную и количественную согласованность результатов расчета и экспериментальных данных температурной зависимости проводимости сформированных газочувствительных слоев Cu:SnO2 в кислородсодержащей атмосфере. Анализ экспериментальной температурной зависимости показал, что локальный минимум проводимости обусловлен термоактивационным процессом диссоциации частиц кислорода, адсорбированных в молекулярной форме. Оценены энергии десорбции каждой формы адсорбированного кислорода и глубина залегания их поверхностного акцепторного уровня.
Ключевые слова: температурная зависимость проводимости, диссоциация кислорода, диоксид олова, модель газовой чувствительности
- Клычков Никита Александрович – аспирант 1-го года обучения, Институт физики ФГБОУ ВО «Саратовский национальный исследовательский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского»
- Симаков Вячеслав Владимирович – д.т.н., профессор кафедры материаловедения, технологии и управления качеством,, Институт физики ФГБОУ ВО «Саратовский национальный исследовательский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского»
- Синёв Илья Владимирович – к.ф.-м.н., доцент кафедры материаловедения, технологии и управления качеством, Институт физики ФГБОУ ВО «Саратовский национальный исследовательский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского»
Ссылка на статью:
Клычков, Н.А. Температурная зависимость проводимости пленки Cu:SnO2 на воздухе / Н.А. Клычков, В.В. Симаков, И.В. Синёв // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. — 2023. — Вып. 15. — С. 119-126. DOI: 10.26456/pcascnn/2023.15.119.
Полный текст: загрузить PDF файл
Библиографический список:
1. Клычков, Н.А. Влияние добавок оксидов меди и цинка на электрические и газочувствительные свойства композитных слоёв диоксида олова / Н.А. Клычков, В.В. Симаков, И.В. Синев, Д.А. Шикунов // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2022. – Вып. 14. – С. 632-638. DOI: 10.26456/pcascnn/2022.14.632.
2. Клычков, Н.А. Динамика отклика сенсора на основе наноструктурированного слоя диоксида олова при воздействии паров изопропанола / Н.А. Клычков, В.В. Симаков, И.В. Синев, Д.А. Тимошенко // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2021. – Вып. 13. – С. 708-716. DOI: 10.26456/pcascnn/2021.13.708.
3. Oberhüttinger, C. On the temperature dependence of the resistive and surface ionisation response of SnO2 gas sensing layers / С. Oberhüttinger, A. Hackner, G. Müller, M. Stutzmann // Sensors and Actuators B: Chemical. – 2011. – V. 156. – I. 2. – P. 563-571. DOI: 10.1016/j.snb.2011.01.069.
4. Ma, Y.J. Low-temperature transport properties of individual SnO2 nanowires / Y.J. Ma, F. Zhou, L. Lu, Z. Zhang // Solid State Communications. – 2004. – V. 130. – I. 5. – P. 313-316. DOI: 10.1016/j.ssc.2004.02.013.
5. Ramarajan, R. Substrate temperature dependent physical properties of spray deposited antimony-doped SnO2 thin films / R. Ramarajan, M. Kovendhan, K. Thangaraju, D.P. Joseph // Thin Solid Films. – 2020. – V. 704. – Art. № 137988. – 10 p. DOI: 10.1016/j.tsf.2020.137988.
6. Slater, B. Dissociation of O2 on the reduced SnO2 (110) surface / B. Slater, C.R.A. Catlow, D.E. Williams, A.M. Stoneham // Chemical Communications. – 2000. – I. 14. – P. 1235-1236. DOI: 10.1039/b002039g.
7. Gurlo, A. Interplay between O2 and SnO2: oxygen ionosorption and spectroscopic evidence for adsorbed oxygen / A. Gurlo // ChemPhysChem. – 2006. – V. 7. – I. 10. – P. 2041-2052. DOI: 10.1002/cphc.200600292.
8. Tsujita,\W. Gas sensor network for air-pollution monitoring / W. Tsujita, A. Yoshino, H. Ishida, T. Moriizumi // Sensors and Actuators B: Chemical. – 2005. – V. 110. – I. 2. – P. 304-311. DOI: 10.1016/j.snb.2005.02.008.
9. Simakov, V. Gas identification by quantitative analysis of conductivity-vs-concentration dependence for SnO2 sensors / V. Simakov, A. Voroshilov, A. Grebennikov et al. // Sensors and Actuators B: Chemical. – 2009. – V. 137. – I. 2. – P. 456-461. DOI: 10.1016/j.snb.2009.01.005.
10. Singh, G. Highly sensitive gas sensor based on Er-doped SnO2 nanostructures and its temperature dependent selectivity towards hydrogen and ethanol / G. Singh, R.C. Singh // Sensors and Actuators B: Chemical. – 2019. – V. 282. – P. 373-383. DOI: 10.1016/j.snb.2018.11.086.
11. Staerz, A. Current state of knowledge on the metal oxide-based gas sensing mechanism / A. Staerz, U. Weimar, N. Barsan // Sensors and Actuators B: Chemical. – 2022. – V. 358. – Art. № 131531. – 18 p. DOI: 10.1016/j.snb.2022.131531.
12. Hübner, M. Influence of oxygen backgrounds on hydrogen sensing with SnO2 nanomaterials / M. Hübner, R.G. Pavelko, N. Barsan, U. Weimar // Sensors and Actuators B: Chemical. – 2011. – V. 154. – I. 2. – P. 264- 269. DOI: 10.1016/j.snb.2010.01.049.
13. Симаков, В.В. Неаддитивное влияние паров воды и освещения на проводимость пленки диоксида олова при комнатной температуре / В.В. Симаков, И.В. Синёв, С.Б. Вениг // Известия высших учебных заведений. Прикладная нелинейная динамика. – 2018. – Т. 26. – Вып. 6. – С. 48-58. DOI: 10.18500/0869-6632-2018-26-6-48-58.
14. Oviedo, J. First-principles study of the interaction of oxygen with the SnO2 (110) surface / J. Oviedo, M.J. Gillan // Surface Science. – 2001. – V. 490. – I. 3. – P. 221-236. DOI: 10.1016/S0039-6028(01)01372-3.
15. Кисин, В.В. Влияние адсорбции кислорода на проводимость тонких пленок оксида олова / В.В. Кисин, В.В. Сысоев, C.A. Ворошилов, В.В. Симаков // Физика и техника полупроводников. – 2000. – Т. 34. – Вып. 3. – С. 314-317.
16. Barsan, N. Fundamental and practical aspects in the design of nanoscaled SnO2 gas sensors: a status report / N. Barsan, M. Schweizer-Berberich, W. Göpel // Fresenius' Journal of Analytical Chemistry. – 1999. – V. 365. – I. 4. – P. 287-304. DOI: 10.1007/s002160051490.