РЕЗИСТИВНЫЕ СТРУКТУРЫ НА ОСНОВЕ КРЕМНИЙ-УГЛЕРОДНЫХ ПЛЕНОК ДЛЯ СЕНСОРОВ ГАЗОВ
Аннотация
Представлены результаты работ по разработке резистивных структур сенсорных
элементов на основе кремний-углеродных пленок, которые, согласно литературным дан-
ным, обладают высокой стабильностью. Кремний-углеродные пленки получали методом
электрохимического осаждения из раствора гексаметилдисилазана с метанолом в соот-
ношении 1:9. В качестве подложек для изготовления резистивных структур сенсоров ис-
пользовали структуры двух типов: диэлектрическую подложку с высокоомным подслоем
хрома и диэлектрическую подложку с подслоем меди в виде группы тонких щелей. Крем-
ний-углеродные пленки осаждали на поверхность при плотности тока 50 мА/см2. При
этом время осаждения на подложки из поликора с высокоомным подслоем хрома состави-
ло 30 мин, а на диэлектрическую подложку с подслоем меди в виде группы тонких щелей –
4 часа. Структура полученных образцов была изучена с использованием метода раманов-
ской спектроскопии. Показано, что кремний-углеродные пленки обладают сложной
структурой, включающей различные фазы карбида кремния, графита и алмаза. Газочувст-
вительные свойства резистивных структур были оценены по отношению к оксиду углерода и метану с концентрациями 16 и 297 ppm соответственно при рабочей температуре
200 °С. Были изучены электрофизические характеристики резистивных структур мето-
дом вольтамперометрии, а также методом Мотта–Шоттки, позволяющим оценить тип
проводимости кремний-углеродных пленок в составе разработанных резистивных струк-
тур. Определено, что резистивные структуры обоих типов демонстрируют проводи-
мость p-типа при комнатной температуре, а резистивная структура на диэлектрической
подложке с подслоем меди, на котором методом фотолитографии сформированы группы
щелей размером 80-100 мкм для осаждения кремний-углеродной пленки, изменяет тип про-
водимости при нагревании до 200 ℃ с p на n.
Литература
pp. 841-842.
2. Kouakou P., Brien V., Assouar B. [et al.] Preliminary synthesis of carbon nitride thin films by
N2/CH4 microwave plasma assisted chemical vapour deposition: characterisation of the discharge
and the obtained films, Plasma Process. Polym., 2007, Vol. 4, pp. S210-S214.
3. Chaplygin Yu.A. Nanotekhnologii v elektronike [Nanotechnology in electronics]. Moscow:
Tekhnosfera, 2005, 448 p.
4. Fayner N.I. Ot kremniyorganicheskikh soedineniy-predshestvennikov – k mnogofunktsional'nomu
karbonitridu kremniya [From organosilicon precursor compounds to multifunctional silicon
carbonitride], Zhurnal obshchey khimii [Journal of General chemistry], 2012, Vol. 82, Issue 1,
pp. 47-56.
5. Ding X.-Z. [et al.]. Structural and mechanical properties of Ti-containing diamond-like carbon
films deposited by filtered cathodic vacuum arc, Thin Solid Films, 2002, Vol. 408, No. 1,
pp. 183-187.
6. Lundstrom I. Gas sensors, Sensors and Actuators B, 1996, Vol. 35, pp. 11-19.
7. Vasil'ev R.B., Ryabova L.I., Rumyantseva M.N. [i dr.]. Poluprovodnikovye gazovye datchiki
[Semiconductor gas sensors], Uspekhi khimii [Advances in chemistry], 2004, Vol. 73,
pp. 1019-1038.
8. Ageev O.A., Mamikonova V.M., Petrov V.V. [i dr.]. Mikroelektronnye preobrazovateli
neelektricheskikh velichin: ucheb. posobie [Microelectronic converters of non-electric quantities:
a textbook]. Taganrog: TRTU, 2000, 153 p.
9. Petrov V.V., Korolev A.N. Nanorazmernye oksidnye materialy dlya sensorov gazov [Nanoscale
oxide materials for gas sensors]. Taganrog: TTI YuFU, 2008, 152 p.
10. Obvintseva L.A. Poluprovodnikovye metallooksidnye sensory dlya opredeleniya khimicheski
aktivnykh gazovykh primesey v vozdushnoy srede [Semiconductor metal oxide sensors for determining
chemically active gas impurities in the air], Rossiyskiy khimicheskiy zhurnal [Russian
chemical journal], 2008, No. 2, pp. 113-121.
11. Nikolaev Yu.N., Pinigin M.A. Povyshenie effektivnosti kontrolya urovnya zagryazneniya
atmosfernogo vozdukha [Improving the efficiency of monitoring the level of air pollution],
Datchiki i sistemy [Sensors and systems], 2013, No. 1, pp. 49-51.
12. Grigor'ev M.N., Mikhaylova T.S., Myasoedova T.N. Poluchenie kremniy-uglerodnykh plenok
na elektroprovodyashchey i dielektricheskoy podlozhkakh metodom elektrokhimicheskogo
osazhdeniya. [Preparation of silicon-carbon films on electrically conductive and dielectric substrates
by electrochemical deposition], Izvestiya YuFU. Tekhnicheskie nauki [Izvestiya SFedU.
Engineering Sciences], 2018, No. 7 (201), pp. 56-66.
13. Grigoryev M.N, Myasoedova T.N, Mikhailova T.S. The electrochemical deposition of silicon -
carbon thin films from organic solution. Available at: http://iopscience.iop.org/issue/1742-
6596/1124/8.
14. Ferrari A.C., Robertson J. Raman spectroscopy of amorphous, nanostructured, diamond-like
carbon, and nanodiamond, J. Phil. Trans. R. Soc. Lond. A, 2004, Vol. 362, pp. 2477-2512.
15. Chu P.K., Liuhe Li. Characterization of amorphous and nanocrystalline carbon films, Material
chemistry and Physics, 2006, Vol. 96, pp. 253-277.
16. Iijima M., Kamiya H. Surface modification of silicon carbide nanoparticles by Azo Radical
Initiators, J. Phys. Chem. C, 2008, Vol. 112, pp. 11786-11790.
17. Ren M., Kang X., Li L. Electrochemical sensor based on Ni/reduced graphene oxide
nanohybrids for selective detection of ascorbic acid, J. Dis. Sci. and Tech., 2019.
18. Swain G., Sultana S., Naik B., Parida K. Coupling of crumpled-type novel MoS2 with CeO2
nanoparticles: a noble-metal-free p–n heterojunction composite for visible light photocatalytic
H2 production, ACS Omega, 2017, Vol. 2, Issue 7, pp. 3745-3753.
19. Zherin I.I. [i dr.]. Osnovy Elektrokhimicheskikh metodov analiza [Fundamentals of Electrochemical
analysis methods]. Tomsk: Tomskiy politekhnicheskiy universitet, 2013, 101 p.
20. Liu Y., Yu Y.-X., Zhang W.-D. MoS2/CdS heterojunction with high photoelectrochemical activity
for H2 evolution under visible light: the role of MoS2, J. Phys. Chem. C, 2013, Vol. 117,
Issue 25, pp. 12949-12957.
21. Zhang H., Feng J., Fei T. [et al.]. SnO2 nanoparticles-reduced graphene oxide nanocomposites
for NO2 sensing at low operating temperature, Sens. Actuators B. Chem., 2014, Vol. 190,
pp. 472-478.
