Структура и электрические свойства композита (Co41Fe39b20)X(In35,5y4,2o60,3)100-X
И.В. Бабкина, К.С. Габриельс, аспирант, O.В. Жилова, аспирант, А.В. Ситников
Кафедра физики твёрдого тела
Газовые сенсоры на основе металл - оксидных полупроводников остаются одними из самых перспективных при контроле технологических процессов и анализе воздушной атмосферы. Поиск новых составов, обладающих высокими значениями газовой чувствительности, низкой рабочей температурой и стабильностью нанокристаллического состояния является одной из приоритетных задач материаловедения.
Исходные пленки системы (Co41Fe39B20)X(In35,5Y4,2O60,3)100-X толщиной 0,5 мкм были получены методом ионно-лучевого распыления составной мишени и конденсацией на ситалловой подложке. Концентрация металлической фазы изменялась в диапазоне от 20 до 80 ат.%.
|
|
Рис. 1. Зависимость удельного электрического сопротивления композита (Co41Fe39B20)x(In35.5Y4.2O60,3)100-x от концентрации металлической фазы |
Рис. 2. Концентрационные зависимости величины газовой чувствительности композита (Co41Fe39B20)x(In35.5Y4.2O60,3)100-x при температуре 300 °С |
На рисунке представлена концентрационная зависимость удельного электрического сопротивления (х) для композита (Co41Fe39B20)x(In35.5Y4.2O60,3)100-x. Анализ графика показывает, что кривую можно разбить на четыре участка. От 19 до 45 ат.% Co41Fe39B20 наблюдается значительное уменьшение от х более чем на два порядок величины. В концентрационном диапазоне 45 ÷ 52 ат.% х удельное электрическое сопротивление возрастает, причем увеличение концентрации металлической фазы на 7 ат.% приводит к аномальному росту более чем на два порядок величины. При больших концентрациях Co41Fe39B20 удельное электрическое сопротивление быстро уменьшается с увеличением концентрации металлической фазы. Однако скорость уменьшения (х) не одинакова. В области концентраций 52 ÷ 72 ат.% она значительно ниже, чем при х = 72 ÷ 80 ат.%. Такой вид зависимости (х) не характерен для перколяционных систем. Структурные и фазовые исследования показали, что в областях I и II система состоит из трех фаз: диэлектрической и двух металлических – гранул аморфного сплава Co41Fe39B20 диаметром порядка 5 нм и частиц In ~25 нм. В концентрационных областях III и IV гранул кристаллического индия не наблюдается.
Пленки нанокомпозита содержат в качестве полупроводниковой фазы оксид индия, на проводимость которого большое влияние оказывает процесс хемосорбции молекул газа. Исследования газовой чувствительности соединения показало, что при добавлении восстановительных газов (водорода) сопротивление полупроводника понижается, а при воздействии окислительной газовой среды (кислорода) повышается. На рисунке 2 показана зависимость величины газовой чувствительности при напуске водорода (Р = 2,4 Торр) в воздушную среду (Р = 380 Торр) от концентрации металлической фазы.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ по гранту 13-08-97512
УДК 534.7