УДК 546.814-31

Нанокристаллические гетероструктуры n-SnO2/p-Si: синтез и сенсорные свойства

Р.Б. Васильев

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Газовые сенсоры резистивного типа на основе нанокристаллического SnO2 широко используются для мониторинга окружающей среды. Улучшение чувствительности и селективности таких сенсоров обычно достигается путем легирования матрицы SnO₂ примесями каталитической природы либо модификации микроструктуры. Другой возможностью является создание гетероконтакта материалов с разным типом проводимости. В этом случае электрофизические свойства системы будут определяться электрически заряженой гетерограницей. В настоящей работе были исследованы электрофизические и сенсорные свойства тонкопленочных гетероструктур n-SnO₂/p- Si на основе нанокристаллического SnO₂.

Структуры были синтезированы методом реактивного магнетронного распыления в кислородно-аргоновой плазме (содержание кислорода 10 об.%). В качестве подложки был использован монокристаллический Si <100> p-типа проводимости. Толщина слоя SnO₂ составила 0.5-1 mm. Размер кристаллитов в слое SnO₂, оцененный из уширений рефлексов рентгеновской дифракции, составил 10-12 нм.

Все исследованные структуры обладали выпрямляющей вольт-амперной характеристикой. Величина электрического барьера была расчитана из температурных зависимостей обратного тока.

Газочувствительные свойства структур по отношению к C2H5OH, NO2 и NH3 были исследованы при комнатной температуре. В присутствии газовых молекул наблюдалось значительное изменение проводимости и емкости структур, причем характер изменения зависел от типа газовой молекулы. Были исследованы вольт-амперные и вольт-фарадные характеристики структур. Анализ данных зависимостей позволил предположить, что влияние газовой адсорбции на электрофизические свойства гетероструктур определяется двумя процессами: изменением высоты барьера на гетерогранице и туннелированием через поверхностные состояния на границе раздела.