Газовые сенсоры, созданные на основе широкозонных металлооксидных материалов (включая диоксид олова), позволяют детектировать широкий спектр газов органической и неорганической природы. Однако число материалов, которые используются для их получения, ограниченно, и они экологически небезвредены. Для развития «зеленых» полупроводниковых технологий значительный интерес как с фундаментальной, так и с прикладной точек зрения представляет создание новых материалов и структур с газочувствительными свойствами, а также конкурентоспособных методов их получения. В работе исследованы возможности использования в качестве газочувствительных материалов алмазографитовых пленочных структур, полученных в плазме микроволнового газового разряда паров этанола. Проведены исследования закономерностей влияния напряжения инжекции электронов, температуры и влажности воздуха на ВАХ и удельные поверхностные сопротивления алмазографитовых пленочных структур. Показано, что выявленные закономерности могут быть описаны с использованием теории токов, ограниченных пространственным зарядом в некристаллических структурах с ловушками захвата. Установлено существование у края разрешенной зоны электронной структуры используемого материала полосы с повышенной плотностью локализованных электронных состояний с энергией около 0,032 эВ, которая определяет характер зависимостей удельного поверхностного сопротивления сенсорной структуры от параметров детектирования газовой среды. Показана высокая эффективность использования алмазографитовых пленочных структур для детектирования паров воды в виде более чем трехкратного уменьшения их удельных поверхностных сопротивлений по сравнению с отсутствием паров воды в атмосфере.
Скрипаль Александр Владимирович
Саратовский национальный исследовательский государственный университет им. Н. Г. Чернышевского, Россия, 410012, г. Саратов, ул. Астраханская, 83
Трунилин Никита Андреевич
Саратовский национальный исследовательский государственный университет им. Н. Г. Чернышевского, Россия, 410012, г. Саратов, ул. Астраханская, 83
Яфаров Равиль Кяшшафович
СГУ, Россия, 410012, г. Саратов, ул. Астраханская, 83; Саратовский филиал Института радиотехники и электроники имени В. А. Котельникова РАН, Россия, 410019, г. Саратов, ул. Зеленая, 38
1. Chizhov A., Rumyantseva M., Gaskov A. Light activation of nanocrystalline metal oxides for gas sensing: Principles, achievements, challenges // Nanomaterials. 2021. Vol. 11. Iss. 4. Art. No. 892. https://doi.org/10.3390/nano11040892
2. Marikutsa A., Rumyantseva M., Konstantinova E. A., Gaskov A. The key role of active sites in the development of selective metal oxide sensor materials // Sensors. 2021. Vol. 21. Iss. 7. Art. No. 2554. https://doi.org/10.3390/s21072554
3. Semiconductor gas sensors / eds R. Jaaniso, O. K. Tan. Cambridge: Woodhead Publ., 2013. 576 p.
4. Sensors and microsystems: proceedings of the 17th National conf. (Brescia, Italy, Feb. 5–7, 2013) / eds C. Di Natale, V. Ferrari, A. Ponzoni et al. Cham: Springer, 2014. XIII, 478 p. https://doi.org/10.1007/978-3-319-00684-0
5. Яфаров Р. К. Физика СВЧ вакуумно-плазменных нанотехнологий. М.: Физматлит, 2009. 216 с.
6. Ламперт М., Марк П. Инжекционные токи в твердых телах / пер. с англ. А. И. Розенталя, Л. Г. Парицкого. М.: Мир, 1973. 416 с.
7. Yafarov R. K., Shabunin N. O. Contact transport and field emission properties of low-dimensional 2D carbon heterostructures // Russ. Microelectron. 2022. Vol. 51. No. 6. P. 439–443. https://doi.org/10.1134/S106373972270007X
8. Введение в физику поверхности / К. Оура, В. Г. Лифшиц, А. А. Саранин и др. М.: Наука, 2006. 490 с.
9. Волькенштейн Ф. Ф. Электронные процессы на поверхности полупроводников при хемосорбции. М.: Наука, 1987. 432 с.
10. Гаман В. И. Физика полупроводниковых газовых сенсоров. Томск: Изд-во науч.-техн. лит., 2012. 110 с.