Учебное пособие 800568

разом, происходит ухудшение протекающего тока с уменьшением ширины ребра.

Рис. 9. Выходные характеристики при

Рис. 10. Входные характеристики при = 10 нм

Литература

1.Frank D. J. Device Scaling Limits of Si MOSFETs and Their Application De-pendencies / D. J. Frank, R. H. Dennard, E. Nowak, P. M. Solomon, Y. Taur, H. - S. Philip Won // Proc. IEEE. - 2001. - Vol. 89. - P. 259 – 288.

2.Colinge J. - P. FinFETs and Other Multi-Gate Transistors / J. - P. Colinge. - M.: Springer, 2008. - P. 339.

Воронежский государственный технический университет

130

УДК 621.372

Т.В. Свистова, А.А. Карионова, А.О. Левченко, М.А. Авдеев

СИНТЕЗ МЕТАЛЛООКСИДНЫХ ПЛЕНОК ОКСИДА МЕДИ

СПОМОЩЬЮ ЗОЛЬ-ГЕЛЬ МЕТОДА

Вданной статье рассматривается синтез металлооксидных пле-

нок CuOх с помощью цитратного золь-гель метода, описана технология и режимы синтеза. Исследованы электрофизические и газочувствительные свойства плѐнок: толщина, удельное сопротивление, спектры пропускания и поглощения, ширина запрещѐнной зоны, газовая чувствительность.

Простота получения и увеличение надежности чувствительных слоев в газочувствительных датчиках на производстве, является очень важной частью обеспечения безопасности работников производства. Одним из наиболее перспективных методов для реализации этого принципа является золь-гель метод.

С помощью золь-гель метода свойства металооксидных плѐнок можно определить не только с помощью элементного состава, но и обратившись к методу синтезирования. Также по сравнению с традиционными методами синтеза материалов, золь-гель метод более прост в реализации и позволяет добиться высокой чистоты получаемых продуктов. Еще одна из полезных сторон золь-гель метода – гомогенизация исходных компонентов. Получить гомогенизированные исходные компоненты можно с помощью растворения исходных веществ в растворе [2].

Получение тонких плѐнок оксида меди СuOx p-типа с помощью золь-гель метода, а также их дальнейшее исследование, было выбрано в качестве цели данной работы.

В роли подложек для нанесения плѐнок использовались предметные стекла размером 2,6 × 7,6 см2 для микропрепаратов

(ГОСТ 9284-75).

Для синтеза пленок оксида меди был использован цитратный золь-гель метод. Для приготовления основного раствора использовались хлорид меди (CuCl2 2H2O), этиловый спирт (C2H5OH) и дистиллированая вода в соотношении 1 : 4 : 11. После чего к вод-

131

но-спиртовому раствору СuCl2 добавлялся этиленгликоль и лимонная кислота. Для закисления золя это было необходимо делать каплям, так как целью являлось получение вязкого раствора. Закономерным результатом стал раствор ярко-зеленого цвета без остатка. Чтобы раствор приобрел необходимую вязкость, его необходимо было оставить на 24 часа.

Следующим этапом было помещение подложек помещаем в чашу Петри с раствором, где они находились в течении 2 дней. Схема приготовления раствора представлена на рисунке 1.

Рис. 1. Схема приготовления раствора для синтеза металооксидных плѐнок

После этого пленки прошли термическую обработку из двух стадий: сушка при 100 °С в течении 1 часа и отжиг при температуре

500 °С, 1 час Толщина полученных пленок была измерена на интерфе-

ренционном микроскопе МИИ-4. Результат измерения: 0,295 - 0,310 мкм. Измерение удельного сопротивления пленок CuОх производилось четырѐхзондовым методом на установке ВИК-УЭС. Удельное сопротивления пленок CuОх составило 35,7 Ом∙см.

Спектры пропускания пленок измеряли с помощью спектрофотометра СПЕКС ССП-715-М. Оптическое пропускание составляет 60 %. На рисунке 2 приведены спектры оптического пропускания пленок CuOx после отжига при 180 и 350 ºС.

132

Ширина запрещѐнной зоны составляет в первом случае Eg = 2,4 эВ, а во втором Eg = 1,35 эВ.

Необходимость провести исследование газочувствительных характеристик стала причиной для создания лабораторного образца сенсорного элемента.

Образец состоит из кремниевой подложки, диэлектрического слоя SiO2 толщиной 1 мкм, газочувствительной пленки состава CuOx и металлизированных контактов (рис. 4).

Рис. 4. Лабораторный образец сенсорного элемента

В результате исследования выявлена реакция пленок CuOx к парам аммиака в воздухе при температуре 180 °С и в диапазоне концентраций 25 - 150 ppm. Характер реакции отличился стабильностью и воспроизводимостью. Динамика отклика сенсорного элемента представлена на рисунке 5. Установлено, что время отклика и время восстановления составляют 4 - 6 с и 80 - 120 с, соответственно. Исходя из динамических характеристик была определена газовая чувствительность [3].

Рис. 5. Динамика отклика пленок CuOx на концентрацию NH3 (100 ppm) в воздухе при Т= 180 °С

134

Статическая характеристика газовой чувствительности плѐнок CuOx к парам аммиака в воздухе при температуре 180 °С представлена на рисунке 6.

Рис. 6. Статическая характеристика газовой чувствительности пленок CuOx к парам аммиака в воздухе при температуре 180 °С

Результаты исследования позволяют сделать вывод, что синтезированные цитратным золь – гель методом плѐнки пригодны для изготовления чувствительного элемента полупроводникового газового датчика.

Литература

1.Рембеза С.И. Особенности конструкции и технологии изготовления тонкопленочных металлооксидных интегральных сенсоров газов [Текст] / С.И. Рембеза, Д.Б. Просвирин, О.Г. Викин и др. // Сенсор. - 2004. - № 1. - С. 20 - 26.

2.Talaat M.H. Structural, electrical and optical properties of ATO thin films fabricated by dip coating method [Текст] / M.H. Talaat, K.H. Naser // Int. Nano Lett. - 2011. - V. 1. - № 2. - P. 123 - 128.

3.Wei L. Electronic structure of the doped SnO2 [Text] / L. Wei, С. Lili // Science in China (Series B). – 2001. - V. 44. - № 1. - P. 63

-67.

Воронежский государственный технический университет

135

УДК 621.3.082.5

А.В. Арсентьев, Л.А. Плахотник, Т.А. Перепечина, Ф.В. Макаренко

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ВИДИМОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ГАЗОЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ ДАТЧИКОВ НА ОСНОВЕ ТОНКИХ ПЛЕНОК ZnO И SnO2

Работа посвящена исследованию влияния видимого и ультрафиолетового излучения на электрические характеристики тонких пленок

ZnO и SnO2.

Внастоящее время большое внимание исследователей привлекают тонике пленки оксидов металлов. На основе этих пленок создаются не только полупроводниковые лазеры и светодиоды, но и различные датчики. В данном случае интерес вызывают газочувствительные датчики.

Датчики газа работают при температуре чувствительного элемента 350 - 550 °C. Достаточно высокая рабочая температура позволяет десорбироваться атомам и молекулам кислорода с поверхности, что повышает его чувствительность. Но данное техническое решение ведет к ограничению возможностей его использования – нельзя использовать во взрывоопасных средах и встраивать в мобильные устройства. Для решения данной проблемы в настоящей работе нагрев датчика был заменен на облучение ультрафиолетовым светом.

Целью данной работы является исследование влияния видимого и ультрафиолетового излучения на электрические характеристики тонких пленок ZnO и SnO2.

Вкачестве экспериментальных образцов использовались датчики газов с сенсорными пленками на основе SnO2. Сопротивле-

полупроводниковые диоды Nichida с длинной волны = 365 нм. Проводились исследования влияния фиолетового света на

сопротивление чувствительного элемента датчика газов.

В результате эксперимента было установлено, что сопротивление датчика под действием ультрафиолетового света резко уменьшается и после выключения света восстанавливается, стре-

136

мясь к первоначальному значению. Данные эксперимента представлены в таблицах 1 и 2.

Таблица 1 Значения сопротивлений чувствительного элемента датчиков и

под действием ультрафиолетового света в течение времени t

По прошествии 30 минут сопротивление чувствительного элемента датчиков перестало изменяться. Спустя 50 минут освещение было выключено и пошел процесс восстановления.

137

Таблица 2 Значения сопротивлений чувствительного элемента датчиков и

после отключения ультрафиолетового света в течение времени t

По данным таблиц 1 и 2 был построен график, который показан на рисунке.

138