WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

поверхностная плотность таких центров пренебрежимо С учетом неравенства Nt2 ft2 Nt1 ft1 из выражемала [6]. Для анализа температурной зависимости отний (7) и (9) будем иметь клика воспользуемся выражениями (7)-(9). При этом учтем, что в рассматриваемом интервале температур 2Nt2 ft2P1/2 2/2 exp - E2/(2kT) Gc =. (11) Nt1 ft1r1 Nt2 ft2r2. Кроме того, при nH = 400 ppm выG0 Nd(dM - 2d0) полняются неравенства r1P1/2 1 и r2P1/2 1. Учтем также, что до температуры, при которой начинает- Если все величины, входящие в выражение (11), значительно слабее реагируют на изменение темперася ионизация глубокой донорной примеси (589 K), туры по сравнению с exp[- E2/(2kT )], то зависимость n0 const. Тогда в соответствии с выражениями (7) и (8) -ln( Gc/G0) от T должна быть линейной, что подтверпри Nt1 ft1 = const Gc exp[- E1/(2kT)].

ждается экспериментом (рис. 3, кривая 3). Для ряда образцов измерения отклика были проведены вплоть до 727 K (рис. 3, кривая 4). Это позволило установить, -что линейная зависимость ln( Gc/G0) от T выполняется до 638 K, а максимальный отклик наблюдается при T 707 K.

= Из представленных на рис. 3 данных следует, что E2 = 1.2 ± 0.12 эВ. Наличие максимума на зависимо-сти ln( Gc/G0) от T, по-видимому, обусловлено тем, что при T > 707 K уровень Ферми на поверхности пленки FS опускается ниже уровня Et2. При этом ft2 начинает резко уменьшаться по мере увеличения температуры.

В конце этого раздела отметим, что резкий рост ln( Gc) объясняется не только увеличением r2, но и n0.

3.4. Зависимость отклика сенсора от времени после начала действия Рис. 3. Температурная зависимость отклика Gc/G0 (кривосстановительного газа вые 1, 2) и зависимость логарифма отклика ln( Gc/G0) сен-Численная оценка времени релаксации Максвелла M сора от T (кривые 3, 4) при следующих концентрациях газов в воздухе: 1 — nH2 = 400 ppm, 2, 3 — nCH4 = 2.28 об%, для пленки SnO2 при использовании самых неблаго4 — nCH4 = 0.8об%.

приятных значений µn и n0 дает M 10-12 с. Таким = Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. 728 О.В. Анисимов, В.И. Гаман, Н.К. Максимова, С.М. Мазалов, Е.В. Черников зависимость отклика, если в течение всего переходного процесса установления его стационарного значения температура сенсора будет постоянной.

В качестве параметра, характеризующего быстродействие газового сенсора, в практике используется понятие о времени отклика. Это время, в течение которого отклик сенсора достигает величины, составляющей 0.от максимально возможного значения Gc/G0. Из выражения (15) следует, что 0.9 = 2.3a.

Для экспериментального определения a и 0.9 использовалось выражение ln MG = t/a, (16) где MG = Gc/[ Gc - G(t)]. Эта формула справедлива Рис. 4. Зависимость логарифма параметра MG = начиная с момента времени t0, способ определения = Gc/[ Gc - G(t)], характеризующего скорость изменения которого показан на рис. 4. Время релаксации a опрепроводимости сенсора под действием восстановительного газа, делялось по углу наклона линейных участков кривых, от времени при nCH4 = 2.28 об% и T, K: 1 — 538, 2 — 563, представленных на рис. 4. Полученные данные показали, 3 — 589.

что a не зависит от концентрации метана в газовой смеси. Этот результат соответствует выражению (14) при выполнении неравенства rP1/2 1.

образом, ширина ОПЗ должна практически мгновенно Такой же результат получен и для газовых смесей, реагировать на изменение плотности поверхностного содержащих водород, но только в тех интервалах темпезаряда. ратур и концентраций, при которых Gc/G0 n0.63.

HРешение кинетического уравнения, описывающего В соответствии с выражением (14) при rP1/2 -скорость изменения плотности адсорбированных молеa должно иметь экспоненциальную зависимость от T кул на поверхности полупроводника в случае недиссов тех интервалах температур, в которых скорость протециативной адсорбции, имеет вид [2] кания процесса адсорбции молекул газа контролируется только одним типом адсорбционных центров. ЭкспеNb(t) =Nbc 1 - exp (-t/a), (12) римент показал, что для газовых смесей с водородом -на кривой, изображающей зависимость ln a от T, где имеются два линейных участка (рис. 5, кривая 1). На первом участке, который наблюдается от 383 до 510 K, Eads Edes -a = P exp - + exp - (13) энергия активации десорбции Edes =(0.36 ± 0.05) эВ, на kT kT втором участке от 563 до 607 K Edes =(1.3 ± 0.14) эВ.

На основании данных, представленных на рис. 5, а — время релаксации процесса адсорбции.

также данных по температурной зависимости Gc/GУчитывая влияние диссоциации молекул водорода и метана на скорость адсорбции и десорбции, перепишем выражение (13) в следующей форме:

-1/2 exp Edes/(2kT ) a =. (14) rP1/2 + В нестационарном случае и при наличии только одного типа адсорбционных центров, например, с плотностью Nt1 из выражений (1) и (5), подставляя Nb(t) вместо Nb1, получим G(t) Gc t = 1 - exp -. (15) G0 G0 a Это выражение можно использовать для анализа временной зависимости отклика, начиная с момента t0, в который температуры поступившего в сенсор газа и пленки SnO2 станут одинаковыми. Кроме того, вы- Рис. 5. Температурные зависимости времени релаксации (a) при nH2 = 400 ppm (1) и nCH4 = 2.28 об% (2).

ражение (15) будет адекватно описывать временную Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. Электрические и газочувствительные свойства резистивного тонкопленочного сенсора... можно утверждать, что в интервале температур от 383 [5] О.В. Анисимов, Н.К. Максимова, Н.Г. Филонов, Л.С. Хлудкова, Е.В. Черников, Р.В. Черных. ЖФХ, 78 (10), до 510 K процесс адсорбции молекул водорода в основ(2004).

ном контролируется центрами, занятыми O-. Наоборот, [6] G. Korotchenkov, V. Brinzari, V. Golovanov, Y. Blinov. Sens.

при T > 563 K основную роль играют адсорбционные Actuators B, 98, 41 (2004).

центры, занятые O-.

[7] В.И. Гаман. Физика полупроводниковых приборов Процесс адсорбции метана при T 510 K кон(Томск, Изд-во НТЛ, 2000).

тролируется центрами, занятыми O- (рис. 5, кри[8] S. Pizzoni, N. Butfo, D. Narducci, M. Palladine. J. Electroвая 2), и Edes =(1.3 ± 0.21) эВ. Так как для метаchem. Soc., 136 (7), 1945 (1989).

на E2 = ECH = Eads - Edes = 1.2эВ, то Eads = 2.5эВ.

[9] Ф.Ф. Волькенштейн. Электронные процессы на поверхЭта величина имеет смысл энергии адсорбции молекуности полупроводников при хемосорбции (М., Наука, лы CH4 с учетом ее диссоциации. Для водорода опре- 1987).

[10] С.И. Рембеза, Т.В. Свистова, Е.С. Рембеза, О.И. Борсякова.

деление Eads невозможно, так как неизвестно значение ФТП, 35 (7), 796 (2001).

параметра E1.

Редактор Л.В. Беляков 4. Заключение Electrical and gas sensitive properties of tin oxide thin film gas sensor В результате экспериментальных исследований установлено, что в интервалах температур и концентраO.V. Anisimov, V.I. Gaman, N.K. Maksimova, ций ng восстановительного газа (H2, CH4), в которых S.M. Mazalov, E.V. Chernikov выполняется неравенство rP1/2 1, отклик сенсора V.D. Kuznetsov Siberian Physicotechnical Institute Gc/G0 nm, где величина m близка к 0.5. Этот реg at Tomsk State University, зультат свидетельствует о диссоциативном характере 634050 Tomsk, Russia адсорбции молекул водорода и метана.

Tomsk State University, Показано, что в интервале температур от 383 до 510 K 634050 Tomsk, Russia процесс адсорбции молекул H2 в основном контролируется центрами, занятыми O-. Наоборот, при T > 563 K

Abstract

On the base of simple model of resistive thin-film главную роль играют адсорбционные центры, заняsensor the analytic expression has been obtained. This expression тые O-. Процесс адсорбции молекул метана контролиdescribes the dependence of response to reducing gas effect руется центрами, занятыми O-.

on temperature, partial gas pressure, concentration of n-type Результаты, полученные при исследовании временной impurity in SnO2 film and time period passed from gas action зависимости отклика сенсора, показали, что при выполbeginning. Grounding on experimental data interpretation, it нении неравенства rP1/2 1, время релаксации переhas been identified that when T < 510 K the adsorption and ходного процесса a, а следовательно, и время отклиdesorption processes of H2 molecules are mainly controlled by ка 0.9 не зависят от давления и концентрации восстаadsorption sites occupied by O- oxygen, and when T > 563 K — новительного газа. Данные по температурной зависимоcontrolled by O- sites. When T 510 K methane molecules сти a позволили определить энергию активации десорбinteract with sites occupied by O-. The desorption activation ции Edes молекул водорода и метана. В интервале темпеenergies has been determined basing on data of time response ратур 383-510 K для молекул водорода Edes 0.36 эВ, а = dependence in wide range of temperatures. The activation energy при T > 563 K Edes 1.3 эВ. Для молекул метана при = is 0.36 eV for hydrogen when T < 510 K. The activation energy T 510 K Edes также составляет 1.3 эВ. Кроме того, is 1.3 eV when T > 563 K for hydrogen and T > 510 K for для метана определена разность энергий активации адmethane. The desorption activation energy for methane is 2.5 eV.

сорбции и десорбции E2 = Eads - Edes = 1.2 эВ, а также Eads 2.5эВ.

= Список литературы [1] J.F. McAleer, P.T. Mosely. J. Chem. Soc. Faraday Trans., 83, 1323 (1987).

[2] И.А. Мясников, В.Я. Сухарев, Л.Ю. Куприянов. Полупроводниковые сенсоры в физико-химических исследованиях (М., Наука, 1991).

[3] О.В. Анисимов, Н.К. Максимова, Н.Г. Филонов, Л.С. Хлудкова, Е.В. Черников. Сенсор, 1, 33 (2003).

[4] O.V. Anisimov, N.K. Maksimova, N.G. Filonov, L.S. Khludkova, E.V. Chernikov. Proc. XVII Int. Meet. Chemical Sensors (Guimares, Portugal, 2003) p. 890.

Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып.

Pages:     | 1 ||



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.