Badania struktury, morfologii powierzchni oraz właściwości sensorowych cienkich warstw SnO₂

• Autorzy: Izydorczyk W. , Pisarek M. , Żak J.

Warianty tytułu

EN

Structure, surface morphology and sensory properties of the SnO₂ thin films research

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Celem pracy było określenie, za pomocą badań strukturalnych i chemicznych (XRD, AFM, AES) oraz sensorowych (pomiary zmian rezystancji w atmosferze gazu zawierającej tlen i azot w różnych stężeniach), jakie czynniki (struktura warstwy, skład chemiczny, temperatura pracy, stężenie gazu) decydują o optymalnej pracy sensora na bazie cienkich warstw SnO₂, w atmosferze zawierającej tlen. Rezystancyjne warstwy SnO₂ na podłożu kwarcowym, o grubości 100, 300 i 500 nm, otrzymano metodą magnetronowego rozpylania katodowego. Badania XRD wykazały krystaliczną strukturę warstw. Wyznaczony średni rozmiar krystalitów wynosił 15...40 nm. Wartości te zostały potwierdzone z pomiarów morfologii powierzchni metodą mikroskopii AFM. Profile głębokościowe składu chemicznego warstwy określono za pomocą mikroanalizatora elektronów Augera. Pomiary gazowe wykazały, że odpowiedź struktury zależała od temperatury pracy oraz grubości warstwy. Szczególnie minimum rezystancji dla warstwy o grubości 100 nm uzyskano dla temperatury równej ok. 573 K.

EN

Experimental studies on thin SnO₂ layers were performed and a correlation between their electric properties, stoichiometry and microstructure conducted. The research aimed at identifying the factors (layer structure, surface morphology, working temperature and gas concentration) that make the thin SnO₂ layer a sensors in the oxygen atmosphere. Resistant layers of SnO₂ on quartz substrate were made using the magnetron sputtering. The thickness of the layers was in the range from 100 nm to 500 nm. The X-Ray diffraction measurements proved of a crystalline layer structure. The grain size was determined both from XRD and AFM measurements. The average grain diameter was in the range from 15 nm to 40 nm. The in-depth profiles of the chemical composition of the SnO₂ layers were determined from the scanning Auger microprobe experiment. The sensor responses, in terms of the changes in the sensing layer's resistance, were measured under the flow of dry gas mixture containing oxygen in nitrogen, during heating and cooling of the samples within the temperature range of 423 to 673 K. The relations found for the film conductance versus working temperature and the film thickness have been analyzed. In particular, the resistance minimum was found at about 573 K in the case of the 100 nm thick film.

Słowa kluczowe

PL

SnO2; morfologia powierzchni; dyfraktometria rentgenowska; XRD; mikroskopia sił atomowych AFM; spektroskopia elektronów Augera AES; adsorpcja tlenu

EN

thin dioxide; surface morphology; X-ray diffraction; XRD; atomic force microscopy (AFM); Auger electron spectroscopy (AES); oxygen adsorption

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania
• Rocznik: 2010
• Tom: Vol. 51, nr 6
• Strony: 50--53
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., wykr.

Twórcy

autor

Izydorczyk W.

autor

Pisarek M.

autor

Żak J.

• Politechnika Śląska, Instytut Elektroniki, Gliwice

Bibliografia

• [1] Gurlo A.: Interplay between O and SnO2: Oxygen ionosorption and Spectroscopic Evidence for Adsorbed Oxygen. ChemPhysChem, 7 (2006) 2041-2052.
• [2] Izydorczyk W., Adamowicz B., Miczek M., Waczyński K.: Computer analysis of an influence of oxygen vacancies on the electronic properties of the SnO2 surface and near-surface region. Physica Status Solidi (a), 203 (2006) 2241.
• [3] Szuber J., Czempik G., Larciprete R., Adamowicz B.: The comparative XPS and PYS studies of SnO thin films prepared by LCVD technique and exposed to oxygen and hydrogen. Sensors and Actuators B, 70 (2000) 177-181.
• [4] Izydorczyk W.: Badania wpływu stanów powierzchniowych na właściwości elektronowe warstw sensorowych SnO2 Praca doktorska, Gliwice 2008.
• [5] Becker Th., Ahlers S., Bosh-v.Braunmuhl Ch., Müller G., Kiesewetter O.: Gas sensing properties of thin and thick-film tinoxide materials. Sensors and Actuators B, 77 (2001) 55.
• [6] Lantto V., Golovanov V.: Acomparison of conductance behaviour between SnO2 and CdS gas-sensitive films. Sensors and Actuators B, 24-25 (1995) 614.
• [7] Sanjines R., Levy F., Demarne V., Grisel A.: Some aspects of the interaction of oxygen withpolycrystalline SnOx thin films. Sensors and Actuators B, B1 (1990) 176-182.
• [8] Teterycz H.: Grubowarstwowe chemiczne czujniki gazów na bazie dwutlenku cyny. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2005.
• [9] Bittencourt C., Llobet E., Silva M. A. P., Landers R., Nieto L., Vicaro K. O., Sueiras J. E., Calderer J., Correig X.: Influence of the deposition method on the morphology and elemental composition of SnO2 films for gas sensing: atomie force and X-ray photoemission spectroscopy analysis. Sensors and Actuators B 92 (2003) 67-72.
• [10] Rembeza S. I., Rembeza E. S., Svistova T. V., Borsiakova O. I.: Electrical resistivity and gas response mechanisms of nanocrystalline SnO2 films in a wide temperature range. Physica Status Solidi (a), 179 (2000) 147-152.
• [11] Hedberg C. L.: Handbook of Auger Electron Spectroscopy - Third Edition. Physical Electronics, USA (1995).
• [12] Adamowicz B., Izydorczyk W., Izydorczyk J., Klimasek A., Jakubik J., Żywicki J.: Response of an optimized SnO2 - based gas sensor to oxygen. Yacuum, 82 (2008) 966-970.
• [13] Rantala T. S., Lantto V.: Some effects of mobile donors on electron trapping at semiconductor surfaces. Surface Science, 352-354 (1996) 765-770.