МОДИФИКАЦИЯ ПЛАЗМЕННЫМ ВОЗДЕЙСТВИЕМ ФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ТОНКИХ ПЛЕНОК, ПОЛУЧЕННЫХ ИЗ РАСТВОРОВ ТЕТРАХЛОРИДА ОЛОВА
Ключевые слова:
тонкие пленки диоксида олова, золь-гель метод, обработка плазмой, тетрахлорид оловаАннотация
В данной работе было проведено исследование изменения физических характеристик тонких пленок, полученных из раствора тетрахлорида олова, после обработки водородной и кислородной плазмой. Обработка водородной плазмой тлеющего разряда приводит к уменьшению прозрачности пленки на 3-15%, в то время как обработка кислородной плазмой ведет к лишь незначительному (1-5%) ее уменьшению. Заметное уменьшение прозрачности пленки, после обработки водородной плазмой, объясняется образованием непрозрачных соединений SnO, увеличивающих коэффициент поглощения с 2,5·103 до 5,91·103 см-1 и влияющих на электрические характеристики пленки. Обработка в кислородной плазме не предполагает формирование SnO, а слабое изменение прозрачности пленки связано с разрушающим воздействием плазмы на структурное совершенство кристаллитов SnO2. Обработка в кислородной плазме ведет к уменьшению размеров кристаллитов SnO2. Предположено, что это вызвано разрушающим действием массивных ионов кислорода плазмы на структуру кристаллитов. Обнаруженный рост плотности пленки при пропорциональном уменьшении ее толщины объясняется заполнением межкристаллитных пустот кластерами SnO2. Установлено, что обработка в водородной плазме пленок диоксида олова, синтезированных золь- гель методом, ведет к увеличению размеров кристаллитов SnO2. Предположено, что это вызвано сегрегирующим воздействием легких ионов водорода в плазме, приводящего к перестройке и объединению кристаллитов так, как это происходит при изотермическом отжиге. Уменьшение толщины пленки на 10% при сохранении плотности пленки объясняется образованием и десорбцией молекул H2O. Это приводит к появлению большого количества вакансий кислорода, формированию молекул SnO на поверхности кристаллитов SnO2, и, как следствие, снижению стехиометрии и прозрачности пленки. Получено, что после обработки в плазме абсолютные значения сопротивления пленки SnO2, синтезированной золь-гель методом, и наклон кривой температурной зависимости существенным образом зависят от типа плазмообразующего газа. Предполагается,
что тип плазмообразующего газа (Н2 или О2) влияет на концентрацию кислородных вакансий в пленке.
Библиографические ссылки
(1) Sunita Mishra, Ghanshyam C., Nathal Ram, Satinder Singh, Bajpai R.P., Bedi R.K. Alcohol sensing of tinoxide thin film prepared by sol-gel process // Bull.Mter.Sci. – 2002. – Vol. 25, № 3. – Р. 231-234. https://doi.org/10.1007/BF02711159
(2) Мухамедшина Д.М., Бейсенханов Н.Б., Мить К.А., Дмитриева Е.А., Медетов Н.А. Применение термических и плазменных обработок для модификации свойств тонких пленок SnO2 // Перспективные материалы. – 2012. – №1. – С.35-42.
(3) Chaturvedi A., Mishra V.N., Dwivedi R., Srivastava S.K. Selectivity and sensitivity studies on plasma treated thick film tin oxide gas sensors //Microelectronics Journal. – 2000. – Vol. 31. – P. 283-290. https://doi.org/10.1016/S0026-2692(99)00147-0
(4) Mukhamedshina D.M., Beisenkhanov N.B., Mit’ K.A., Botvin V.A., Valitova I.V., Dmitrieva E.A. Influence of plasma treatments on the properties in SnOx thin films //Journal of High Temperature Material Processes. – 2006. – V.10. – Issue 4. – P. 603-616. https://doi.org/10.1615/HighTempMatProc.v10.i4.110
(5) R. Srivastava, R. Dwivedi and S.K. Srivastava. Effect of oxygen, nitrogen and hydrogen plasma processing on palladium doped tin oxide thick film gas sensors // Physics of Semiconductor Devices, Narosa Publishing House, New Delhi, India. – 1998. – P.526-528.
(6) Jiang J.C., Lian K., Meletis E.I. Influence of oxygen plasma treatment on the microstructure of SnOx thin films // Thin Solid Films.- 2002. – 411 – P. 203-210. https://doi.org/10.1016/S0040-6090(02)00288-2
(7) Minami T., Sato H., Nanto H. and Takata S. Heat treatment in hydrogen gas and plasma for transparent conducting oxide films such as ZnO, SnO2 and indium tin oxide // Thin Solid Films.-1989. – 176 – P.277-282. https://doi.org/10.1016/0040-6090(89)90100-4
(8) Mukhamedshina D.M. and Beisenkhanov N.B. Influence of Crystallization on the properties of SnO2 nanofilms, synthesized by sol-gel technique // Chapter in book "Crystallization / Book 2", ISBN 979-953-307-878-5” by INTECH. – 2012. – P. 219–258.
(9) Dmitrieva E.A., Mukhamedshina D. M., Mit’ K. A., Beisenkhanov N.B. The Effect of NH4F and NH4OH on the Structure and Physical Properties of Thin SnO2 Films Synthesized by the Sol-Gel Method // Glass Physics and Chemistry. – 2014. – Vol.40, N1. – P.31-36. https://doi.org/10.1134/S1087659614010076
(10) Дмитриева Е.А. Влияние изотермического отжига на чувствительность к этанолу тонких пленок SnO2, легированных фтором. – Сборник докладов Международной конференции «Ядерная и радиационная физика», 2011. – С.445-449.
(11) Тейлор А. Рентгеновская металлография. – М.: «Металлургия», 1965. – 663 с.
(12) Sutichai Chaisitsak. Nanocrystalline SnO2:F thin films for liquid petroleum gas sensors // Sensors. – 2011. – No 11. – P.7127–7140. https://doi.org/10.3390/s110707127
(13) Pronin Igor, Dimitrov Dimitre Tz., Krasteva Ludmila K. and all. Theoretical and experimental investigations of ethanol vapour sensitive properties of junctions composed from produced by sol-gel technology pure and Fe modified nanostructured ZnO thin films // Sensors and Actuators A. – 2014. – 2-6. – Р.88-96. https://doi.org/10.1016/j.sna.2013.11.035
(14) Sutichai Chaisitsak. Nanocrystalline SnO2:F thin films for liquid petroleum gas sensors // Sensors. – 2011. – No 11. – P.7127–7140. https://doi.org/10.3390/s110707127
(15) Pronin Igor, Dimitrov Dimitre Tz., Krasteva Ludmila K. and all. Theoretical and experimental investigations of ethanol vapour sensitive properties of junctions composed from produced by sol-gel technology pure and Fe modified nanostructured ZnO thin films //Sensors and Actuators A. – 2-6. – Р.88-96. https://doi.org/10.1016/j.sna.2013.11.035
(16) Ponomareva А.A., Moshnikov V.A., Maslova O.A., Yuzyuk Yu. I., and Suchaneck G.. Effect of the thermal annealing on the surface of sol-gel prepared oxide studied by atomic force microscopy and Raman spectroscopy// Glass Physics and Chemistry. – 2014. – Vol. 40, No.1. – P.99-105. https://doi.org/10.1134/S1087659614010192
(17) Рябцев С.В., Юкиш А.В., Ханго С.И., Юраков Ю.А., Шапошник А.В., Домашевская Э.Л. Кинетика резистивного отклика тонких пленок SnO2-x в газовой среде // ФТП. – 2008. – Т.42, вып. 4. – С.491-495.
Загрузки
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Лицензия
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
