Creation of thin films on the surface of InP with a controlled gas-sensitive signal under the influence of PbO + Y2O3 compositions

Виктор Федорович Кострюков; Дарья Степановна Балашева; Анна Сергеевна Паршина

doi:10.17308/kcmf.2021.23/3532

Виктор Федорович Кострюков Воронежский государственный университет, Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0001-5753-5653
Дарья Степановна Балашева Воронежский государственный университет, Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация
Анна Сергеевна Паршина Воронежский государственный университет, Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация

DOI: https://doi.org/10.17308/kcmf.2021.23/3532

Ключевые слова: полупроводники, фосфид индия, тонкие пленки, газочувствительность, термооксидирование

Аннотация

Тонкопленочные объекты, обладающие воспроизводимой температурной зависимостью сопротивления, термически стабильные и простые в получении представляет практический интерес для использования их в качестве чувствительных элементов полупроводниковых датчиков газа. Целью данной работы было создание на поверхности InP тонких пленок под воздействием композиций оксид-хемостимулятор + инертный компонент (PbO+Y₂O₃ соответственно), установление у них газочувствительных свойств и их зависимости от состава композиции.
Синтез тонких пленок на поверхности InP проводился методом хемостимулированного термооксидирования под воздействием композиций PbO + Y₂O₃ переменного состава. Была определена толщина сформированных пленок, их элементный и химический состав (лазерная эллипсометрия, рентгенофазовый анализ, инфракрасная спектроскопия). Была проведена серия экспериментов по установлению у полученных пленок газочувствительных свойств по отношению к аммиаку с концентрациями 120, 100 и 80 ppm.
Методом хемостимулированного термического оксидирования на поверхности InP были получены тонкие пленки, обладающие полупроводниковыми свойствами. Установлено, что образцы обладают n-типом проводимости. Выявлен газочувствительный отклик в присутствии в атмосфере аммиака. Показана возможность создавать тонкие пленки с заданным значением сенсорного отклика

Скачивания

Данные скачивания пока не доступны.

Биографии авторов

Виктор Федорович Кострюков, Воронежский государственный университет, Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация

д. х. н., доцент, доцент кафедры материаловедения и индустрии наносистем, Воронежский государственный университет, Воронеж, Российская Федерация; e-mail: vc@ chem.vsu.ru

Дарья Степановна Балашева, Воронежский государственный университет, Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация

студент кафедры материаловедения и индустрии наносистем, Воронежский государственный университет, Воронеж, Российская Федерация; e-mail: balasheva.98@mail.ru

Анна Сергеевна Паршина, Воронежский государственный университет, Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация

магистрант кафедры материаловедения и индустрии наносистем, Воронежский государственный университет, Воронеж, Российская Федерация; e-mail: anyuta_parshina@mail.ru

Литература

Kattrall R. V. Khimicheskiye sensory [Chemical sensors]. Moscow: Nauchnyy Mir Publ.; 2000. 144 p. (in Russ.)

Sproul W. D., Christie D. J., Carter D. C. Control of reactive sputtering processes. Thin Solid Films. 2005;491(1-2): 1-17. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2005.05.022

Nanostrukturnyye oksidnyye materialy v sovremennoy mikro-, nano- i optoelektronike [Nanostructured oxide materials in modern micro-, nano- and optoelectronics]. V. A. Moshnikov, O. A. Aleksandrova (eds.). Saint Petersburg: Izd-vo SPbGETU “LETI” Publ., 2017. 266 p. (in Russ.)

Karpova S. S., Moshnikov V. A., Maksimov A. I., Mjakin S. V., Kazantseva N. E. Study of the effect of the acid-base surface properties of ZnO, Fe2O3 and ZnFe2O4 oxides on their gas sensitivity to ethanol vapor. Semiconductors. 2013;47(8): 1026–1030. https://doi.org/10.1134/S1063782613080095

. Rumyantseva M. N., Makeeva E.A., Badalyan S. M., Zhukova A. A., Gas’kov A. M. Nanocrystalline SnO2 and In2O3 as materials for gas sensors: the relationship between microstructure and oxygen chemisorption. Thin Solid Films. 2009;518(4): 1283–1288. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2009.07.201

Rumyantseva M. N., Ivanov V. K., Rudyi Yu. M., Yushchenko V. V., Arbiol J., A. M. Gas’kov A. M. Microstructure and sensingpropertiesof nanocrystalline indium oxide prepared using hydrothermal treatment. Russian Journal of Inorganic Chemistry. 2009;54(2): 163-171. https://doi.org/10.1134/s0036023609020016

Ohgaki T., Matsuoka R., Watanabe K., Matsumoto K., Adachi Y., Sakaguchi I., Hishita S., Ohashi N., Hanedaa H. Synthesizing SnO2 thin films and characterizing sensing performances. Sensors and Actuators B. 2010;150(1): 99–104. https://doi.org/10.1016/j.snb.2010.07.036

Neria G., Bonavitaa A., Micalia G., Rizzoa G., Pinnab N. Effect of the chemical composition on the sensing properties of In2O3–SnO2 nanoparticles synthesized by a non-aqueous method. Sensors and Actuators B. 2008;130(1): 222–230. https://doi.org/10.1016/j.snb.2007.07.141

Singh N., Yan C., Lee P. S. Room temperature CO gas sensing using Zn-doped In2O3 single nanowire field effect transistors. Sensors and Actuators B. 2010;150(3): 19–24. https://doi.org/10.1016/j.snb.2010.07.051

Zeng Z., Wang K., Zhang Z., Chen J., Zhou W. The detection of H2S at room temperature by using individual indium oxide nanowire transistors. Nanotechnology. 2009;20(4): 045503. https://doi.org/10.1088/0957-4484/20/4/045503

Elouali S., Bloor L. G., Binions R., Parkin I. P., Carmalt C. J., Darr J. A. Gas sensing with nano-indium oxides (In2O3) prepared via continuous hydrothermal flow synthesis. Langmuir. 2012;28(3):1879–1885. https://doi.org/10.1021/la203565h

Huotari J., Lappalainen J., Puustinen J. Gas sensing properties of pulsed laser deposited vanadium oxide thin films with various crystal structures. Sensors and Actuators B. 2013;187: 386–394. https://doi.org/10.1016/j.snb.2012.12.067

Fergus J. W. Perovskite oxides for semiconductorbased gas sensors. Sensors and Actuators B. 2007;123(2): 1169–1179. ttps://doi.org/10.1016/j.snb.2006.10.051

Frank J., Fleischer M., Meixner H. Gas-sensitive electrical properties of pure and doped semiconducting Ga2O3 thick films. Sensors and Actuators B. 1998;48(1- 3): 318–321. https://doi.org/10.1109/7361.983471

Hoefer U., Frank J., Fleischer M. High temperature Ga2O3-gas sensors and SnO2-gas sensors: a comparison. Sensors and Actuators B. 2001;78(1-3): 6–11. https://doi.org/10.1016/s0925-4005(01)00784-5

Han S. D., Noh M. S., Kim S. Versatile approaches to tune a nanocolumnar structure for optimized electrical properties of In2O3 based gas sensor. Sensors and Actuators B. 2017;248: 894-901. https://doi.org/10.1016/j.snb.2017.01.108

Verma M. K., Gupta V. A highly sensitive SnO2- CuO multilayered sensor structure for detection of H2S gas. Sensors and Actuators B. 2012;166-167: 378–385. https://doi.org/10.1016/j.snb.2012.02.076

Tominа E. V., Mittova I. Ya., Sladkopevtsev B. V, Kostryukov V. F., Samsonov A. A., Tretyakov N. N. Thermal oxidation as a method of formation of nanoscale functional films on AIIIBV semiconductors: chemostimulated influence of metal oxides overview. Kondensirovannye sredy i mezhfaznye granitsy = Condensed Matter and Interphases. 2018;2(20): 184– 203. https://doi.org/10.17308/kcmf.2018.20/522 (In Russ., abstract in Eng.)

Mittova I. Ya. Influence of the physicochemical nature of chemical stimulators and the way they are introduced into a system on the mechanism of the thermal oxidation of GaAs and InP. Inorganic Materials. 2014;50(9): 874–881. https://doi.org/10.1134/s0020168514090088

JCPDC PCPDFWIN: A windows retrieval / Display program for accessing the ICDD PDF – 2 Data base. International Centre for Diffraction Data; 1997.

Mittova I. Ya., Pshestanchik V. R., Kostryukov V. F. Nelinejnye effekty v processah aktivirovannogo okisleniya GaAs [Nonlinear effects in the activated oxidation of GaAs]. Voronezh, Izdatelskopoligraficheskij centr Voronezhskogo gosudarstvennogo universiteta Publ.; 2008, 160 p. Available at: https:// www.elibrary.ru/item.asp?id=21199148 (in Russ.)

Kostryukov V.F. , M i t t o v a I . Ya . , Sladkopevtsev B. V. Method of precision doping thin films on InP surface: Patent No 2632261 RF. Claim. 17.12.2015. Publ. 03.10.2017. Byul. No.28.

Nakamoto K. Infrared and Raman spectra of inorganic and coordination compounds. New York: John Wiley; 1986. 479 p.