Формирование тонких пленок оксида олова методом реактивного распыления и исследование их газочувствительности тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

РГб од

2 2 СЕН Ш

Яа правах рукописи

ВОРОШИЛОВ Сергей Александрович

ФОРМИРОВАНИЕ ТОНКИХ ПЛЕНОК ОКСИДА ОЛОВА МЕТОДОМ РЕАКТИВНОГО РАСПЫЛЕНИЯ И ИССЛЕДОВАНИЕ ИХ ГАЗОЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ

01.04.10 - физика полупроводников и диэлектриков

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Саратов - 1998

Работа выполнена на кафедре физики полупроводников Саратовского государственного университета им. Н.Г. Чернышевского

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

кандидат физико-математических наук, с.н.с.

Кисин В.В.

доктор физико-математических наук, профессор, академик РАЕН Байбурин В.Б.;

доктор технических наук, профессор, академик МАИ и АВН, лауреат Государственной премии, Горфинкель Б.И.

Ведущая организация:

СФ ИРЭ РАН (Саратов)

Защита состоится 23 октября 1998 г. в 17 час. 30 мин. на заседании дис сертационного Совета Д 063.74.01 Саратовского государственного унк верситета им. Н.Г. Чернышевского (410026, г. Саратов, ул. Астраханская 83).

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке СГУ.

Автореферат разослан"_

Ученый секретарь диссертационного Совета, кандидат физ.-мат. наук, доцент

Аникин В.М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Формированию и исследованию полупроводниковых газочувстви-ельных слоев в последние годы уделяется большое внимание. Это обу-ловлено тем, что решение целого ряда проблем, относящихся к защите жружающей среды, управлению технологическими процессами, контролю :ачества продуктов питания, физиологического состояния человека и др., вязывается с созданием электронных устройств анализа запахов. Перфективными материалами для изготовления чувствительных элементов эких устройств являются полупроводниковые металлоокисные слои, в гервую очередь потому, что датчики на их основе совместимы по типу и 'ровню сигналов с вычислительной техникой, малогабаритны, экономич-

1ы.

Несмотря на успешное коммерческое использование толстопленоч-[ых и спеченных металлоокисных слоев, особенно оксида олова, перспек-ивы дальнейшего развития газовых сенсоров связываются с переходом на шанарную технологию, применением в качестве подложек кремниевых труктур со встроенным нагревателем и тонких пленок для создания ак-ивных слоев. Основные процессы, ответственные за изменение электриче-ких свойств слоев при изменении состава окружающей среды, происходят [а поверхности. Тонкие пленки, имеющие выгодное отношение поверхно-ти к объему, весьма привлекательны для применения в датчиках газа. От онкопленочных датчиков ожидают повышенное (по сравнению с датчи-:ами на основе толстых пленок или спеченных слоев) быстродействие, 1еныиее энергопотребление и простоту интеграции в сложные устройства. Сказанные обстоятельства стимулируют исследование различных методов юрмирования тонкопленочных активных слоев и поиск способов управ-:ения их свойствами - величиной газочувствительности, селективностью, табильностью. Одним из перспективных методов получения тонких газо-увствительных слоев является метод реактивного распыления. Реактив-юе распыление проводящих мишеней на постоянном токе давно применятся для формирования прозрачных проводящих покрытий. Однако, в тличие от прозрачных проводящих покрытий, газочувствительные слои олжны быть высокоомными и изменять свои электрофизические свойства :ри изменении состава окружающей среды. Реактивное распыление с вы-окочастотным (ВЧ) смещением мишени позволяет проводить распыление :е только проводящих, но диэлектрических мишеней. В обоих случаях

выбор оптимальных условий получения оказывает определяющее влияни на газочувствительность осаждаемых слоев.

Для обоснованного выбора условий получения газочувствительны пленок и режима работы структур на их основе необходимо понимани многофакторных, как правило, нелинейных процессов, протекающих : существенно неравновесных условиях реактивного распыления и работ! пленок оксида олова в составе газочувствительных структур, изученны: явно недостаточно. Таким образом, проведение исследований, направлен ных на изучение процесса формирования тонких газочувствительных пле нок оксида олова методом реактивного распыления и исследование осо бенностей их работы в составе датчика газа, является актуальным.

Цель работы

Экспериментальное и теоретическое исследование процесса формиро вания тонких газочувствительных пленок оксида олова методом реактив ного распыления проводящей мишени на постоянном токе и диэлектриче ской мишени с ВЧ-смещением, изучение электрофизических свойств пле нок, влияния состава окружающей газовой среды на проводимость слоев ] выяснение особенностей их применения в датчиках газов.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

• Поиск и исследование способов воздействия на процессы, опреде ляющие газочувствительность слоев, их стабильность и воспроизво димость.

• Разработка математической модели процесса осаждения тонких пле нок методом реактивного распыления, объединяющей современно! понимание отдельных процессов в их взаимосвязи, выделение явле ний, играющих ключевую роль, определение диапазона оптимальны; параметров на этапе формирования слоев, анализ и прогнозирована результатов технологических экспериментов.

• Изучение влияния толщины и уровня легирования пленки на сорбцик газов, определение параметров тонкой пленки, оптимальных для про явления газочувствительности.

• Исследование зависимости параметров и характеристик тонких газо чувствительных пленок от температуры, рабочего напряжения, соста ва окружающей среды, выявление особенностей работы пленок в со ставе датчика газа для обоснованного выбора рабочего режима.

Для решения выделенных задач в работе сделан обзор литературы, разработаны модели процесса реактивного распыления, выполнен ряд расчетов, экспериментов и проведено обсуждение полученных результатов.

Научная новизна

1. Разработана математическая модель процесса реактивного катодного распыления на постоянном токе, учитывающая возможность разогрева мишени током разряда, что позволило выделить технологические факторы и области их значений, определяющие состав осаждаемых пленок.

2. Разработана математическая модель катодного распыления диэлектрического оксида металла с высокочастотным смещением мишени, объясняющая нелинейную зависимость соотношения металла и кислорода в осаждаемом слое от величины потока кислорода в реактор.

3. Показано, что примесь меди, введенная в пленку ЗпОг путем распыления смеси порошков 8пОг и СиО или путем совместного распыления Си и БпОг оказывает донорное действие. Образующиеся при введении меди доноры, обеспечивают более высокую долговременную стабильность проводимости и газочувствительности пленки при повышенных температурах, чем доноры, обусловленные собственными дефектами.

Достоверность результатов

Достоверность полученных результатов обусловлена применением в экспериментах стандартной измерительной аппаратуры, корректностью применения общепризнанных методик, согласованностью полученных результатов с результатами других исследователей, соответствием результатов расчета эксперименту, практической реализацией результатов, имеющих научную новизну, в действующих образцах газовых датчиков и газоанализаторов.

Практическая значимость работы

• Разработанные модели процесса реактивного катодного распыления позволяют за счет проведения компьютерного эксперимента уменьшить объем технологических исследований, проектировать технологическое оборудование и задавать режимы осаждения пленок, при ко-

торых повышается стабильность процесса распыления и улучшаете; воспроизводимость свойств пленок.

• Разработанная технология формирования газочувствительных пле нок позволила создать датчики, обладающие высокой чувствительно стью к газам-окислителям и газам-восстановителям, стабильностью I быстродействием, достаточными для приборного применения.

• Датчики были использованы в газоанализаторе содержания примеа угарного газа в выхлопе карбюраторных двигателей, который про шел метрологическую аттестацию в Государственном сертификаци онном испытательном центре средств измерения НПО "ВНИИМ им Д.И.Менделеева" и был допущен в опытную эксплуатацию в лабора торных условиях в качестве рабочего средства измерения. Проведень испытания и получен положительный отзыв в управлении ГАИ пс Саратовской области на индикатор паров этанола, предназначенньи для экспресс- контроля степени опьянения человека.

• Показана возможность использования датчиков для измерения пар циального давления кислорода в вакуумных установках реактивногс распыления и плазмохимического осаждения, работающих на смесяэ аргона с кислородом.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Осаждение тонких пленок БпОг методом ВЧ-реактивного магнетрон ного распыления мишени оксида олова стехиометрического состав* при нагреве подложки до температуры, выше которой БпО диспро-порционирует на 8п и Бп02 (^180°С), с одновременным дooкиcлeниe^ Бп путем дополнительного введения кислорода в камеру позволяет формировать однофазные поликристаллические слои БпОг с газочувствительностью, определяемой толщиной пленки и расходом кислорода.

2. Примесь меди, введенная в пленку 8пОг путем ВЧ-распыления смесь порошков БпОг и СиО (до 2 вес. %) или совместного распыления Си V БпОг с последующим рекристаллизационным отжигом в атмосфере кислорода, оказывает донорное действие. Образующиеся доноры обеспечивают более высокую долговременную стабильность газочувствительности, чем доноры, обусловленные только собственными дефектами.

3. Математические модели процесса формирования металлоокисных слоев при реактивном катодном распылении, основанные на уравнениях баланса потоков частиц в камере и учитывающие откачку кислорода из камеры при распылении диэлектрической мишени с высокочастотным смещением и разогрев током разряда проводящей мишени при распылении на постоянном токе, позволяют:

а) в случае высокочастотного распыления диэлектрической мишени объяснить нелинейную зависимость степени окисления пленки от величины расхода кислорода влиянием степени окисления пленки на потребление кислорода в области осаждения;

б) в случае распыления на постоянном токе предсказать осаждение оксида олова с высокой степенью окисления при слабом окислении мишени вследствие очистки ее поверхности за счет сублимации окисла при разогреве током разряда.

4. Проводимость исследованных пленок SnCb'.Cu на воздухе в диапазоне температур 200 -г- 400°С определяется только процессами адсорбции/десорбции кислорода на поверхности слоя в молекулярной и атомарной формах, причем последняя начинает доминировать при температурах выше 300°С. Влияние анализируемого газа (NO*, H2S, СО, С2Н5ОН) на проводимость пленки SnCh обусловлено его взаимодействием с кислородом, адсорбированным на поверхности пленки.

Апробация работы

Основные результаты работы докладывались на Всесоюзной конференции "Микроэлектронные датчики в машиностроении" (Ульяновск, 1990 \), на Международной конференции "Научно-практические аспекты /правления качеством воздуха" (С.-Петербург, 1995 г.), на I Поволжской 1аучно-технической конференции "Научно-исследовательские разработки i высокие технологии двойного применения" (Самара, 1995 г.), на научно-технической конференции "Проблемы экологической безопасности Ниж-iero Поволжья в связи с разработкой и эксплуатацией нефтегазовых месторождений с высоким содержанием сероводорода" (Саратов, 1996 г.), на Европейской конференции "Euroanalysis IX" (Болонья, 1996 г.), на конференции "Актуальные проблемы электронного приборостроения" (Саратов, 1996 г.), на научных семинарах кафедры физики полупроводников и кафедры физики твердого тела СГУ.

Личный вклад автора

Личный вклад автора состоит в том, что он самостоятельно выпол нил представленные в диссертации расчеты и экспериментальные исследо вания. При использовании результатов других авторов или результатов полученных в соавторстве, даются соответствующие ссылки на источник.

Публикации

По материалам диссертации опубликовано 19 научных работ, списо* которых приведен в конце автореферата.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из Введения, пяти глав, Заключения, списка литературы и Приложения. Общий объем диссертации составляет 193 стр. включая 82 рисунка, 1 таблицу. В списке использованных источнико! содержится 168 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулирована цель работы и основные положения, выносимые автором на защиту.

В первой главе проведен обзор литературы по формированию и свойствам газочувствительных слоев оксидов металлов, предназначенных дш использования в газовых датчиках, работающих на воздухе или в кисло-родосодержащих средах. Анализ литературных данных показал, что изменение сопротивления слоев при изменении состава окружающей среды вызывается или изменением степени заполнения поверхности кислородом за счет процессов адсорбции/десорбции, или изменением типа и концентрации дефектов решетки, например, за счет ее диссоциации на поверхности с последующей диффузией вакансий в объем материала. Из рассмотрения различных моделей газочувствительности следует, что для описания обратимых изменений электропроводности металлоокисных слоев целесообразно использовать варианты электронной теории хемосорбции, тогда как для интерпретации результатов по долговременным изменениям проводимости больше подходят диффузионно-дрейфовые теории. В этой же главе анализируются различные способы управления газочувствительными свойствами металлоокисных слоев и накопленный опыт математического моделирования процессов реактивного катодного распыления.

По результатам проведенного обзора выделены основные направления работы.

Во второй главе представлены экспериментальные результаты по по-нучению тонких пленок оксида олова методом магнетронного распыления : высокочастотным смещением мишени, результаты исследования влияния :остава слоя на газочувствительные свойства и стабильность электрических характеристик структур на их основе.

Показано, что распыление мишени стехиометрического состава в аргоне и осаждение пленок на подложку, нагретую до температуры, при которой БпО диспропорционирует на Бп и БпОг (~ 180°С), приводит к получению рентгеноаморфных пленок. Проводимость таких пленок практически не меняется при изменении состава окружающей среды. Введение кислорода в состав пленки путем отжига слоев в потоке кислорода, либо путем добавления его в состав газовой смеси во время распыления приводит к формированию поликристаллических пленок. Установлено, что по-гелению газочувствительности у пленок оксида олова препятствуют как недостаток, так и избыток кислорода в слое. Зависимость чувствительно-:ти пленок к примеси этанола в воздухе от состава аргоно-кислородной ;меси, поддерживаемой в процессе осаждения, имеет максимум при содержании кислорода в смеси « 35 %. В этом случае независимо от типа подножки образуются мелкозернистые поликристаллические слои с текстурой 110], перпендикулярной плоскости подложки. Максимальная чувствительность получена на пленках с размерами зерен 100-И 50 нм.

Результаты объясняются в предположении, что газочувствительность исследованных слоев контролируется, в первую очередь, концентрацией сонорных центров в объеме зерна, в качестве которых в БпОг выступают закансии кислорода. Наблюдавшиеся "быстрые" изменения проводимости пленок на воздухе связывались с процессами адсорбции/десорбции и газообмена межзеренного пространства с внешней средой, а многочасовые изменения проводимости - с диффузией кислорода в объем зерна. Так как максимальная газочувствительность слоев наблюдалась при температурах, близких к температурам активирующего отжига, то применение неле-тнрованных пленок в датчиках ограничивалось долговременными изменениями проводимости, вызванными процессами диффузии.

Добавка примеси меди в состав пленки БпСЬ в процессе осаждения юзволила устранить долговременные изменения проводимости. Показано, что примесь меди, введенная в пленку БпСЬ путем распыления смеси юрошков БпОг и СиО (до 2 вес.%) или совместным распылением Си и

БпОг с последующим рекристаллизационным отжигом в атмосфере кислорода, оказывает донорное действие. Образующиеся доноры обеспечивают более высокую долговременную стабильность газочувствительности, чем доноры, обусловленные только собственными дефектами. Стабилизирующее действие меди объясняется в предположении, что при объединении с вакансиями кислорода она затрудняет их диффузию.

В третьей главе предложена математическая модель реактивного катодного распыления мишени стехиометрического состава на основе оксида олова, основанная на уравнениях баланса потоков частиц в камере, учитывающая частичное удаление кислорода, распыляемого с мишени, из области осаждения.

Модель позволила объяснить экспериментальные результаты, описанные во второй главе, по формированию на подложке аморфных или поликристаллических слоев в зависимости от величины расхода кислорода. Показано, что сильное влияние на зависимость состава пленки от величины расхода кислорода оказывает различие в коэффициентах прилипания кислорода к металлу и оксиду. Предположение о том, что металл окисляется лучше БпО, а БпОг практически не потребляет кислорода, позволяет предсказать осаждение пленок с составом близким к БпО в достаточно широком диапазоне расходов кислорода.

Предложен механизм формирования пленки БпОг в процессе реактивного катодного распыления, согласно которому окисление пленки приводит к уменьшению потребления кислорода слоем, вызывая, в свою очередь, повышение давления кислорода в камере и более полное окисление пленки. Этот механизм объясняет нелинейную зависимость степени окисления пленки от расхода кислорода.

В четвертой главе разработана математическая модель реактивного катодного распыления на постоянном токе, учитывающая разогрев мишени током разряда.

Анализ эффективных потоков в камере при осаждении оксидной пленки показал, что получению высокоомных слоев с большим содержанием кислорода препятствует окисление металлической мишени. Следствием образования непроводящих островков на мишени является снижение потока распыляемого в камере металла и уменьшение потребления им кислорода. При постоянной скорости внешней откачки это приводит к скачку давления кислорода и блокированию процесса распыления металла. Обычный метод стабилизации процесса, состоящий в увеличении производительности откачных средств и ускорении процесса осаждения, ока-

зывается не эффективным для получения газочувствительных пленок, так <ак при высоких скоростях осаждения не успевает формироваться кристаллическая структура слоя. Для повышения степени окисления растущей пленки и снижения степени окисления мишени предложено использовать нагрев мишени током разряда.

Ядром модели является система связанных алгебраических уравнений, описывающих условия равновесного окисления зоны эрозии мишени, эстальной части мишени, растущей пленки, а также уравнений, описы-зающих баланс потоков испарения (распыления) для атомов металла и экисла. В модели полагается, что эффективный поток металла с мишени, захватывая реактивный газ, создает "внутреннюю откачку". Внешняя же эткачка учитывается при расчете установившегося в камере давления ре-1ктивного газа. В качестве инертного газа рассматривается аргон, а в ка-1естве реактивного газа - кислород.

Учитывается, что в условиях значительного нагрева мишени испарение атомов металла и окисла происходит по всей ее площади, но из-за продолжающегося процесса распыления удельное значение окисления юверхности зоны эрозии отличается от степени окисления остальной части мишени, где происходят только испарительные процессы. Уравнение теплового равновесия катода включает поступление энергии в виде энергии падающих ионов и расход энергии в виде энергии, уносимой распы-генными и испаренными атомами, а также энергии, отводимой за счет теплопроводности мишени и излучения. Для расчета потоков испарения и юзгонки металла и окисла в модель добавлена зависимость давления на-:ыщенных паров Бп и БпО от температуры мишени.

Проведенные расчеты и эксперименты по распылению охлаждаемой и теплоизолированной металлической мишени показали, что предложенная модель удовлетворительно описывает процесс осаждения металлоокисных шенок, в том числе, при использовании теплоизолированных мишеней. Теплоизоляция мишени позволяет проводить осаждение пленок оксида >лова с высокой степенью окисления при слабом окислении мишени за чет ее разогрева током разряда до температур, при которых поверхность шшени эффективно очищается от окисла вследствие его сублимации.

В пятой главе исследованы свойства пленок оксида олова и структур [а их основе с планарной контактной системой под влиянием напряжения, емпературы и состава окружающей среды.

Рассмотрены различные аспекты приборного применения газочувст-ительных слоев с целью определения условий, при которых эффект изме-

нения проводимости под влиянием изменения состава окружающей среды проявляется наиболее ярко. Установлено, что при температурах выше 500°С уменьшение зазора между измерительными контактами с 200 до 50 мкм приводит к поляризации структуры под действием приложенного напряжения. Появление поляризации объясняется неравномерным распределением вакансий кислорода по длине образца под влиянием высоких рабочих температур и смещения квазиуровня Ферми при инжекции свободных носителей из катода. Работа при температурах ниже 400°С и напряжении до 20 В позволяет не учитывать это явление.

Результаты измерений температурных зависимостей проводимости в различных средах (воздух, вакуум, смесях воздуха с N0*, НгБ, СО и С2Н5ОН), показали, что проводимость пленок 8пОг:Си на воздухе в диапазоне температур 200 + 400°С определяется только процессами адсорбции/десорбции кислорода на поверхности слоя в молекулярной и атомарной формах. Причем, при температурах выше 300°С, доминирует атомарная форма кислорода, которая и контролирует проводимость слоя при изменении внешних условий. Зависимость проводимости исследованных пленок от давления кислорода в окружающей среде описывалась степенным законом с показателем степени близким к единице в диапазоне давлений 0,1 + 10 мТорр. Увеличение давления выше 10 мТорр приводило к быстрому уменьшению показателя степени. Такие пленки могут быть использованы в качестве активных слоев манометрических преобразователей для регистрации парциального давления кислорода в аргон/кислородной смеси пониженного давления.

Разработанные слои БпОг чувствительны к наличию в воздухе примесей широкого спектра газов в воздухе (N0*, НгБ, СО, С2Н5ОН). Влияние анализируемого газа (N0*, НгБ, СО, С2Н5ОН) на проводимость пленки БпОг обусловлено особенностями его взаимодействия с кислородом, адсорбированным на поверхности пленки. Эти особенности связаны с различием форм, образуемых анализируемым газом при адсорбции на поверхность пленки, и спецификой их взаимодействия с кислородом. Вид преобладающего взаимодействия между анализируемым газом и кислородом определяется рабочей температурой.

Показано, что разработанная технология формирования газочувствительных пленок БпОг и стабилизация их свойств легированием медью позволяет создавать на их основе тонкопленочные химические сенсоры, обладающие высокой чувствительностью к газам-окислителям и газам-восстановителям, стабильность и селективность которых достаточна для решения конкретных технических задач. Описаны конструкции разрабо-

тайных датчиков газа, применение их в составе газоанализатора содержания примеси угарного газа в выхлопе карбюраторных двигателей и индикатора паров этанола, предназначенного для экспресс-контроля степени опьянения человека.

Заключение

Подведены итоги исследований, сформулированы основные результаты работы и выводы.

Приложение

Приведены сертификат НПО "ВНИИМ им. Д.И.Менделеева", отзыв управления ГАИ по Саратовской области, справки об использовании результатов работы в физико-технологической лаборатории ООО "Синтез", в ООО "ЧИП-микро".

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Распыление мишени оксида олова стехиометрического состава в аргоне и нанесение пленок на подложку, нагретую до температуры, выше которой БпО диспропорционирует на Бп и БпОг 180°С), приводит к формированию рентгеноаморфных пленок. Проводимость таких пленок не меняется при изменении состава окружающей среды. Введение кислорода в состав пленки путем отжига слоев в потоке кислорода, либо путем добавления его в состав газовой смеси во время распыления приводит к формированию поликристаллических пленок оксида олова. Недостаток или избыток кислорода в слое снижает газочувствительность. Дополнительный напуск кислорода в камеру позволяет управлять количеством дефектов в слое во время осаждения. Изменение концентрации вакансий кислорода вследствие протекания диффузионных процессов при нагреве слоев на воздухе приводит к долговременным изменениям проводимости аленки, что ограничивает их применение в составе датчиков газа.

2. Введение примеси меди в состав пленки БпОг путем распыления :меси порошков БпОг и СиО (до 2 вес.%) или совместного распыления Си я 5п02 с последующим рекристаллизационным отжигом в атмосфере кислорода, оказывает донорное действие. Образующиеся при этом доноры эбеспечивают более высокую долговременную стабильность газочувстви-зительности, чем доноры, обусловленные только собственными дефектами.

3. При температурах выше 500°С и уменьшении зазора между измерительными контактами до 50 мкм в планарной структуре на основе тонкой пленки оксида олова возникают долговременные изменения сопротивления, вызванные поляризацией структуры под действием приложенногс напряжения. При работе слоя в составе газочувствительной структуры с температурой ниже 400°С и напряжении до 20 В поляризацию можно не учитывать.

4. Разработанные математические модели описывают процесс реактивного катодного распыления диэлектрической металлоокисной мишени (с использованием высокочастотного смещения) и проводящей мишени (на постоянном токе).

Модель распыления диэлектрической мишени позволяет объяснить экспериментальные результаты по формированию аморфных или поликристаллических слоев. Показано, что сильное влияние на зависимость состава пленки от величины расхода кислорода оказывает различие в коэффициентах прилипания кислорода к металлу и оксиду. Предложенный механизм формирования пленки БпОх в процессе реактивного катодногс распыления объясняет нелинейную зависимость степени окисления пленки от расхода кислорода.

Модель распыления проводящей мишени на постоянном токе предсказывает, что разогрев мишени током разряда будет приводить к очистке ее поверхности за счет сублимации оксида, образующегося в ходе процесса, и позволяет проводить осаждение пленок оксида олова с высокой степенью окисления при слабом окислении мишени.

5. Проводимость исследованных пленок оксида олова в диапазоне температур 200+400°С определяется процессами адсорбции/десорбции кислорода на поверхности слоя в молекулярной или атомарной формах Причем, при температурах выше 300°С, доминирует атомарная формг кислорода, которая и контролирует проводимость слоя при изменении внешних условий. Наблюдаемые особенности изменения проводимости пленки БпОг под влиянием появления в воздухе других газов (ЫОх, НгБ СО, С2Н5ОН) обусловлены взаимодействием анализируемого газа с кислородом, адсорбированным в различных формах. Вид преобладающегс взаимодействия между анализируемым газом и кислородом на поверхности слоя определяется рабочей температурой.

6. Разработанная технология формирования газочувствительных слоев и стабилизация их свойств легированием медью позволяет создавать га основе тонких пленок БпОг химические сенсоры и газоанализаторы, ста-

зильность и селективность которых достаточна для решения конкретных

технических задач.

СПИСОК РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Кисин В.В., Ворошилов С.А., Названов В.Ф. Установка для исследования полупроводниковых пленок на основе комплекса КСВУ-5. // ПТЭ. 1987. N4. С. 194-197.

2. Кисин В.В., Ворошилов С.А., Гребенников А.И., Елистратов В.А. Насыщение чувствительности тонкопленочных датчиков на основе окиси олова. // Тезисы докладов Всесоюзной конференции "Микроэлектронные датчики в машиностроении". Ульяновск, 13-15 ноября, 1990.-С.38.

3. Кисин В.В., Ворошилов С.А., Гребенников А.И., Елистратов В.А. Газочувствительность датчиков на основе окиси олова в режиме тер-моциклирования. // Тезисы докладов Всесоюзной конференции "Микроэлектронные датчики в машиностроении". Ульяновск, 13-15 ноября, 1990. - С 43.

4. Кисин В.В., Ворошилов С.А. и др. Исследование физических процессов, протекающих при формировании проводящих прозрачных покрытий методом магнетронного распыления и поиск путей их интенсификации: Отчет о НИР (Заключит.) / НИИ механики и физики (НИИМФ СГУ). Руководитель В.В. Кисин. Шифр "Пирамида"; № ГР 8Ф93746. - Саратов, 1990. - 54 с.

5. Кисин В.В., Ворошилов С.А., Гребенников А.И., Елистратов В.А. Газочувствительная пленка на основе окиси олова. // Информационный листок N91-1. Саратов. 1991.- 1с.

6. Кисин В.В., Ворошилов С.А., Кисин М.В., Аношкин A.B., Финкель-штейн С.Х. Влияние температуры мишени на стабильность процесса реактивного распыления. // Микроэлектроника. 1993. Том 22. Вып.6. С.50-58.

7. Кисин В.В., Ворошилов С.А., Сысоев В.В., Симаков В.В. Трехэлек-тродный датчик газа. // ПТЭ. 1995. N5. С. 178-181.

8. Кисин В.В., Сысоев В.В., Ворошилов С.А., Симаков В.В., Елистратов В.А. Металлоокисный датчик токсичных газов. // Материалы 1-й Поволжской научно-технической конференции "Научно-исследователь-

ские разработки и высокие технологии двойного применения", Ч. I Самара, 21-23 февраля 1995. - Самара: ГПСО "Импульс", 1995. - C.5Í 56.

9. Кисин В.В., Сысоев В.В., Ворошилов С.А., Симаков В.В. Контрол выхлопа автомобиля с помощью полупроводникового сенсора.// Тс зисы докладов Международной конференции "Научно-практически аспекты управления качеством воздуха" ("Воздух-95"), С.-Петербур] 6-9 июня, 1995.-С.-Петербург: АО "Иван Федоров", 1995. - С.140-141

10. Кисин В.В., Сысоев В.В., Ворошилов С.А., Симаков В.В. Использс вание полупроводникового сенсора СО для контроля выхлопа двигг телей внутреннего сгорания. // Тезисы докладов Международной кон ференции "Фундаментальные и прикладные проблемы охраны окр> жающей среды ", Т. 3. Томск, 12-16 сентября, 1995. - Томск: Издат-в Томского университета, издат-во Института оптики атмосферы, 199Í -С. 23.

11. Кисин В.В., Сысоев В.В., Ворошилов С.А., Стецюра Ю.В., Симако В.В. Сигнализатор-индикатор паров этанола на основе тонкопленоч ного полупроводникового газового датчика. // Тезисы докладов VII Научно-технической конференции с участием зарубежных специапи стов "Датчики и преобразователи информации систем измерение контроля и управления" (Датчик-96), Т. 2. Гурзуф, май 1996. - М МГИЭМ, 1996. - С.235-236.

12. Кисин В.В., Ворошилов С.А., Сысоев В.В., Симаков В.В. Механиз! адсорбции кислорода на поверхность двуокиси олова и адсорбцион ный датчик кислорода. // Тезисы докладов VIII Научно-техническо] конференции с участием зарубежных специалистов "Датчики и преоб разователи информации систем измерения, контроля и управления (Датчик-96), Т. 2. Гурзуф, май, 1996. - М.: МГИЭМ, 1996. - С.243-244

13. Кисин В.В., Ворошилов С.А., Сысоев В.В. Тонкопленочный датчи: сероводорода. // Тезисы докладов научно-технической конференци] "Проблемы экологической безопасности Нижнего Поволжья в связи разработкой и эксплуатацией нефтегазовых месторождений с высо ким содержанием сероводорода". Саратов, 27-29 августа, 1996. - Ca ратов: Изд-во Сарат. ун-та, 1996. - С.87-88.

14. Kisin V.V., Sysoev V.Y., Voroshilov S.A., Simakov V.V. Influence of filn thickness and dopants on gas-sensing properties SnOx thin film gas sensors

// Book of abstracts of European conference on analytical chemistry "Euroanalysis IX", Bologna (Italy), September 1-7,1996. - Fr P26.

15. Kisin V.V., Sysoev V.V., Simakov V.V., Voroshilov S.A. Thin films gas sensor: nature of sensitivity. //The 10 th European Conference on solidstate transducers, Vol.3. Leuven (Belgium), September 8-11, 1996. - P.977-980.

16. Кисин В.В., Ворошилов С.А., Сысоев В.В. Долговременная стабильность и воспроизводимость параметров полупроводниковых газовых датчиков на основе тонких пленок оксида олова. // Тезисы докладов международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы электронного приборостроения", Ч. 2. Саратов, 10-12 сентября, 1996. - Саратов: СГТУ, 1996,- С.96-97.

7. Кисин В.В., Сысоев В.В., Кумаков A.B., Ворошилов С.А. Устройство управления качеством воздуха помещений на основе твердотельного газового датчика. // Тезисы докладов международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы электронного приборостроения", Ч. 2. Саратов, 10-12 сентября, 1996. - Саратов: СГТУ, 1996. -С.7-8.

8. Кисин В.В., Сысоев В.В., Ворошилов С.А., Симаков В.В. Мониторинг окружающей среды с помощью полупроводникового газового сенсора. // Тезисы докладов международного симпозиума "Экология и безопасность жизнедеятельности, научно-прикладные аспекты, инженерные решения", проводимого в рамках международного конгресса "Экология, жизнь, здоровье". Волгоград, 12-14 сентября 1996. - Волгоград: ВолгГТУ, 1996.-С. 102-103.

9. Кисин В.В., Симаков В.В., Ворошилов С.А., Сысоев В.В. Модель газочувствительности полупроводникового тонкопленочного газового сенсора. // Сборник материалов 4-го семинара "Ионика твердого тела", Черноголовский научный центр РАН, 21-22 апреля, 1997. - Деп. ВИНИТИ 5.11.97. N 3246-В97. - С. 116-122.

ВОРОШИЛОВ Сергей Александрович

ФОРМИРОВАНИЕ ТОНКИХ ПЛЕНОК ОКСИДА ОЛОВА МЕТОДОМ РЕАКТИВНОГО РАСПЫЛЕНИЯ И ИССЛЕДОВАНИЕ ИХ ГАЗОЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Подписано к печати 23.06.98. Объем 1 п.л. Тираж 100 экз. Отпечатано автором.