THE EFFECT OF COPPER AND ZINC OXIDE ADDITIVES ON THE ELECTRICAL AND GAS-SENSITIVE PROPERTIES OF TIN DIOXIDE COMPOSITE LAYERS

Abstract

С помощью золь-гель технологии сформированы образцы тонких плёнок SnO, а также композитные слои CuO:SnO и ZnO:SnO с различной концентрацией примеси посредством смешения золей. Плёнки подвергались термообработке в потоке кислорода при 550°C. Поверх плёнок сформирована контактная система методом термического испарения хрома с последующим осаждением через маску на образец. На температурной зависимости проводимости для слоев на основе чистого диоксида олова наблюдается локальный максимум проводимости в области 250°C, что, вероятно, связано с термоактивационным процессом десорбции кислорода. Проводимость слоёв диоксида олова уменьшается по мере увеличения концентрации добавки меди. Добавка 2% меди на порядок уменьшает долговременный дрейф базовой линии проводимости пленок на воздухе, что может быть связано с образованием малоподвижных ассоциативных комплексов меди и вакансий кислорода. Наибольшую чувствительность к парам этанола во всем исследуемом диапазоне концентраций проявляли композитные слои с добавлением 6% цинка. Установлено, что добавка оксида меди и цинка повышает отклик газочувствительных сенсоров газа на основе слоёв SnO к парам этанола, а также снижает время отклика на воздействие газовых проб в диапазоне рабочих температур 150-300°C. Composite thin films based CuO:SnO and ZnO:SnO with different impurity concentrations was synthesized by sol-gel method by mixing sols. The films were annealed in oxygen-containing atmosphere at 550°C. A contact system was formed on top of the films by thermal evaporation of chromium, followed by deposition through a mask onto the sample. Based on the temperature dependence of conductivity for layers based on pure tin dioxide, a local maximum of conductivity is observed in the range of 250°C, which is probably due to the thermal activation process of oxygen desorption. Conductivity of SnO layers was decreased as the concentration of Cu dopant. 2% Cu additive reduces the long-term conductivity drift by an order of magnitude. Arguably it’s the consequence of occurrence the low mobility complexes created by copper atoms and oxygen vacancies. The best sensitivity to ethanol vapors in all concentration range was shown by 6%Zn doped samples. Accordingly, supplementations of Cu and Zn boost sensitivity of SnO layers to ethanol and decrease response time by its impact at 150-300°C range.