Свойства толстых плёнок на основе SnO₂ при использовании контактов, изготовленных из Ni₃B-паст
Исследованы свойства толстых плёнок на основе порошков Sn₀,₉₇Sb₀,₀₃O₂, SnO₂ и их смесей, нанесённых на контакты, изготовленные из пасты на основе порошка Ni₃B. Использовались методы рентгенофазового и рентгеноспектрального анализов, а также электронная микроскопия. Исследованы вольт-амперные характе...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Металлофизика и новейшие технологии |
|---|---|
| Datum: | 2017 |
| Hauptverfasser: | , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
2017
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/123460 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Свойства толстых плёнок на основе SnO₂ при использовании контактов, изготовленных из Ni₃B-паст / А.Г. Гончар, В.Е. Шелудько, В.В. Кременицкий, Н.И. Симан, Л.И. Фиялка // Металлофизика и новейшие технологии. — 2017. — Т. 39, № 2. — С. 177-188. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-123460 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Гончар, А.Г. Шелудько, В.Е. Кременицкий, В.В. Симан, Н.И. Фиялка, Л.И. 2017-09-05T14:36:36Z 2017-09-05T14:36:36Z 2017 Свойства толстых плёнок на основе SnO₂ при использовании контактов, изготовленных из Ni₃B-паст / А.Г. Гончар, В.Е. Шелудько, В.В. Кременицкий, Н.И. Симан, Л.И. Фиялка // Металлофизика и новейшие технологии. — 2017. — Т. 39, № 2. — С. 177-188. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. 1024-1809 DOI: 10.15407/mfint.39.02.0177 PACS: 07.07.Df, 68.55.-a, 73.61.-r, 81.05.Je, 82.47.Rs, 83.80.Hj, 85.40.Xx https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/123460 Исследованы свойства толстых плёнок на основе порошков Sn₀,₉₇Sb₀,₀₃O₂, SnO₂ и их смесей, нанесённых на контакты, изготовленные из пасты на основе порошка Ni₃B. Использовались методы рентгенофазового и рентгеноспектрального анализов, а также электронная микроскопия. Исследованы вольт-амперные характеристики, концентрационные и температурные зависимости электросопротивления плёнок. Установлено, что использование контактов, изготовленных из Ni33B-паст, оказывает влияние на вид температурных зависимостей электросопротивления плёнок. Досліджено властивості товстих плівок на основі порошків Sn₀,₉₇Sb₀,₀₃O₂, SnO₂ та їх сумішей, нанесених на контакти, виготовлені з пасти на основі порошку Ni₃B. Використовувалися методи рентґенофазової та рентґеноспектральної аналіз, а також електронна мікроскопія. Досліджено вольт-амперні характеристики, концентраційні та температурні залежності електроопору плівок. Встановлено, що використання контактів, виготовлених з Ni33B-паст, впливає на вигляд температурних залежностей електроопору плівок. Properties of thick films based on the Sn₀,₉₇Sb₀,₀₃O₂ and SnO₂ powders, and their mixtures deposited on contact pads fabricated from Ni33B-powder-based paste are investigated. The X-ray phase and X-ray spectrum analyses as well as electron microscopy are used. Volt-ampere characteristics, concentration and temperature dependences of electrical resistivity of films are determined. As revealed, the use of the contact pads fabricated from Ni₃B-pastes influences on the form of electrical-resistivity–temperature dependences of films. ru Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України Металлофизика и новейшие технологии Строение и свойства наноразмерных и мезоскопических материалов Свойства толстых плёнок на основе SnO₂ при использовании контактов, изготовленных из Ni₃B-паст Властивості товстих плівок на основі SnO₂ при використанні контактів, виготовлених з Ni₃B-паст Properties of the SnO₂-Based Thick Films When Using the Contact Pads Fabricated from Ni₃B-Paste Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Свойства толстых плёнок на основе SnO₂ при использовании контактов, изготовленных из Ni₃B-паст |
| spellingShingle |
Свойства толстых плёнок на основе SnO₂ при использовании контактов, изготовленных из Ni₃B-паст Гончар, А.Г. Шелудько, В.Е. Кременицкий, В.В. Симан, Н.И. Фиялка, Л.И. Строение и свойства наноразмерных и мезоскопических материалов |
| title_short |
Свойства толстых плёнок на основе SnO₂ при использовании контактов, изготовленных из Ni₃B-паст |
| title_full |
Свойства толстых плёнок на основе SnO₂ при использовании контактов, изготовленных из Ni₃B-паст |
| title_fullStr |
Свойства толстых плёнок на основе SnO₂ при использовании контактов, изготовленных из Ni₃B-паст |
| title_full_unstemmed |
Свойства толстых плёнок на основе SnO₂ при использовании контактов, изготовленных из Ni₃B-паст |
| title_sort |
свойства толстых плёнок на основе sno₂ при использовании контактов, изготовленных из ni₃b-паст |
| author |
Гончар, А.Г. Шелудько, В.Е. Кременицкий, В.В. Симан, Н.И. Фиялка, Л.И. |
| author_facet |
Гончар, А.Г. Шелудько, В.Е. Кременицкий, В.В. Симан, Н.И. Фиялка, Л.И. |
| topic |
Строение и свойства наноразмерных и мезоскопических материалов |
| topic_facet |
Строение и свойства наноразмерных и мезоскопических материалов |
| publishDate |
2017 |
| language |
Russian |
| container_title |
Металлофизика и новейшие технологии |
| publisher |
Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Властивості товстих плівок на основі SnO₂ при використанні контактів, виготовлених з Ni₃B-паст Properties of the SnO₂-Based Thick Films When Using the Contact Pads Fabricated from Ni₃B-Paste |
| description |
Исследованы свойства толстых плёнок на основе порошков Sn₀,₉₇Sb₀,₀₃O₂, SnO₂ и их смесей, нанесённых на контакты, изготовленные из пасты на основе порошка Ni₃B. Использовались методы рентгенофазового и рентгеноспектрального анализов, а также электронная микроскопия. Исследованы вольт-амперные характеристики, концентрационные и температурные зависимости электросопротивления плёнок. Установлено, что использование контактов, изготовленных из Ni33B-паст, оказывает влияние на вид температурных зависимостей электросопротивления плёнок.
Досліджено властивості товстих плівок на основі порошків Sn₀,₉₇Sb₀,₀₃O₂, SnO₂ та їх сумішей, нанесених на контакти, виготовлені з пасти на основі порошку Ni₃B. Використовувалися методи рентґенофазової та рентґеноспектральної аналіз, а також електронна мікроскопія. Досліджено вольт-амперні характеристики, концентраційні та температурні залежності електроопору плівок. Встановлено, що використання контактів, виготовлених з Ni33B-паст, впливає на вигляд температурних залежностей електроопору плівок.
Properties of thick films based on the Sn₀,₉₇Sb₀,₀₃O₂ and SnO₂ powders, and their mixtures deposited on contact pads fabricated from Ni33B-powder-based paste are investigated. The X-ray phase and X-ray spectrum analyses as well as electron microscopy are used. Volt-ampere characteristics, concentration and temperature dependences of electrical resistivity of films are determined. As revealed, the use of the contact pads fabricated from Ni₃B-pastes influences on the form of electrical-resistivity–temperature dependences of films.
|
| issn |
1024-1809 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/123460 |
| citation_txt |
Свойства толстых плёнок на основе SnO₂ при использовании контактов, изготовленных из Ni₃B-паст / А.Г. Гончар, В.Е. Шелудько, В.В. Кременицкий, Н.И. Симан, Л.И. Фиялка // Металлофизика и новейшие технологии. — 2017. — Т. 39, № 2. — С. 177-188. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT gončarag svoistvatolstyhplenoknaosnovesno2priispolʹzovaniikontaktovizgotovlennyhizni3bpast AT šeludʹkove svoistvatolstyhplenoknaosnovesno2priispolʹzovaniikontaktovizgotovlennyhizni3bpast AT kremenickiivv svoistvatolstyhplenoknaosnovesno2priispolʹzovaniikontaktovizgotovlennyhizni3bpast AT simanni svoistvatolstyhplenoknaosnovesno2priispolʹzovaniikontaktovizgotovlennyhizni3bpast AT fiâlkali svoistvatolstyhplenoknaosnovesno2priispolʹzovaniikontaktovizgotovlennyhizni3bpast AT gončarag vlastivostítovstihplívoknaosnovísno2privikoristanníkontaktívvigotovlenihzni3bpast AT šeludʹkove vlastivostítovstihplívoknaosnovísno2privikoristanníkontaktívvigotovlenihzni3bpast AT kremenickiivv vlastivostítovstihplívoknaosnovísno2privikoristanníkontaktívvigotovlenihzni3bpast AT simanni vlastivostítovstihplívoknaosnovísno2privikoristanníkontaktívvigotovlenihzni3bpast AT fiâlkali vlastivostítovstihplívoknaosnovísno2privikoristanníkontaktívvigotovlenihzni3bpast AT gončarag propertiesofthesno2basedthickfilmswhenusingthecontactpadsfabricatedfromni3bpaste AT šeludʹkove propertiesofthesno2basedthickfilmswhenusingthecontactpadsfabricatedfromni3bpaste AT kremenickiivv propertiesofthesno2basedthickfilmswhenusingthecontactpadsfabricatedfromni3bpaste AT simanni propertiesofthesno2basedthickfilmswhenusingthecontactpadsfabricatedfromni3bpaste AT fiâlkali propertiesofthesno2basedthickfilmswhenusingthecontactpadsfabricatedfromni3bpaste |
| first_indexed |
2025-11-24T18:45:24Z |
| last_indexed |
2025-11-24T18:45:24Z |
| _version_ |
1850492628669300736 |
| fulltext |
177
PACS numbers: 07.07.Df, 68.55.-a, 73.61.-r, 81.05.Je, 82.47.Rs, 83.80.Hj, 85.40.Xx
Свойства толстых плёнок на основе SnO2 при использовании
контактов, изготовленных из Ni3B-паст
А. Г. Гончар, В. Е. Шелудько, В. В. Кременицкий*, Н. И. Симан,
Л. И. Фиялка
Институт проблем материаловедения им. И. Н. Францевича НАН Украины,
ул. Академика Кржижановского, 3,
03142 Киев, Украина
*Технический центр НАН Украины,
ул. Покровская, 13,
04070 Киев, Украина
Исследованы свойства толстых плёнок на основе порошков Sn0,97Sb0,03O2,
SnO2 и их смесей, нанесённых на контакты, изготовленные из пасты на
основе порошка Ni3B. Использовались методы рентгенофазового и рент-
геноспектрального анализов, а также электронная микроскопия. Иссле-
дованы вольт-амперные характеристики, концентрационные и темпера-
турные зависимости электросопротивления плёнок. Установлено, что ис-
пользование контактов, изготовленных из Ni3B-паст, оказывает влияние
на вид температурных зависимостей электросопротивления плёнок.
Ключевые слова: толстая плёнка, контакты, диоксид олова, температур-
ная зависимость электросопротивления.
Досліджено властивості товстих плівок на основі порошків Sn0,97Sb0,03O2,
SnO2 та їх сумішей, нанесених на контакти, виготовлені з пасти на основі
порошку Ni3B. Використовувалися методи рентґенофазової та рентґено-
спектральної аналіз, а також електронна мікроскопія. Досліджено вольт-
Corresponding author: Volodymyr Evgenovych Sheludko
E-mail: dep65@ipms.kiev.ua
I. M. Frantsevich Institute for Problems in Materials Science, N.A.S. of Ukraine,
3, Academician Krzhizhanovsky Str., UA-03142 Kyiv, Ukraine
*Technical Centre, N.A.S. of Ukraine, 13 Pokrovs’ka Str., 04070 Kyiv, Ukraine
Please cite this article as: A. G. Gonchar, V. E. Sheludko, V. V. Kremenitsky,
M. I. Siman, and L. I. Fiyalka, Properties of the SnO2-Based Thick Films When Using
the Contact Pads Fabricated from Ni3B-Paste, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 39,
No. 2: 177–188 (2017) (in Russian), DOI: 10.15407/mfint.39.02.0177.
Ìåòàëëîôèç. íîâåéøèå òåõíîë. / Metallofiz. Noveishie Tekhnol.
2017, т. 39, № 2, сс. 177–188 / DOI: 10.15407/mfint.39.02.0177
Îòòèñêè äîñòóïíû íåïîñðåäñòâåííî îò èçäàòåëÿ
Ôîòîêîïèðîâàíèå ðàçðåøåíî òîëüêî
â ñîîòâåòñòâèè ñ ëèöåíçèåé
2017 ÈÌÔ (Èíñòèòóò ìåòàëëîôèçèêè
èì. Ã. Â. Êóðäþìîâà ÍÀÍ Óêðàèíû)
Íàïå÷àòàíî â Óêðàèíå.
mailto:dep65@ipms.kiev.ua
178 А. Г. ГОНЧАР, В. Е. ШЕЛУДЬКО, В. В. КРЕМЕНИЦКИЙ и др.
амперні характеристики, концентраційні та температурні залежності
електроопору плівок. Встановлено, що використання контактів, виготов-
лених з Ni3B-паст, впливає на вигляд температурних залежностей елект-
роопору плівок.
Ключові слова: товста плівка, контакти, діоксид олова, температурна за-
лежність електроопору.
Properties of thick films based on the Sn0.97Sb0.03O2 and SnO2 powders, and
their mixtures deposited on contact pads fabricated from Ni3B-powder-based
paste are investigated. The X-ray phase and X-ray spectrum analyses as well
as electron microscopy are used. Volt-ampere characteristics, concentration
and temperature dependences of electrical resistivity of films are deter-
mined. As revealed, the use of the contact pads fabricated from Ni3B-pastes
influences on the form of electrical-resistivity–temperature dependences of
films.
Key words: thick film, contact pads, tin dioxide, temperature dependence of
electrical resistivity.
(Получено 22 июня 2016 г.; окончат. вариант — 25 января 2017 г.)
1. ВВЕДЕНИЕ
Материалы на основе диоксида олова нашли широкое применение
во многих отраслях промышленности: электротехнике, электрони-
ке, электрохимии, биотехнологии и др. [1–3]. Легированный и не-
легированный диоксид олова в форме спрессованных таблеток, тол-
стых и тонких плёнок является одним из наиболее используемых
материалов для изготовления газовых сенсоров, принцип действия
которых основан на изменении электросопротивления под воздей-
ствием окружающей среды. Поскольку функционирование элек-
тротехнических материалов на основе SnO2 связано с протеканием
через них электрического тока, то это предусматривает важную
роль токоподводящих контактов. Одним из основных требований,
предъявляемых к контактам, является омичность свойств — кон-
такты должны характеризоваться линейной симметричной вольт-
амперной характеристикой и обладать малым электрическим со-
противлением. Стоит отметить, что роль контактов не всегда сво-
дится лишь к обеспечению беспрепятственного протекания тока.
Например, материал контактов к полупроводниковым структурам,
используемым в качестве чувствительных элементов газовых сен-
соров, может принимать участие в процессах адсорбции/десорбции
газов и, таким образом, оказывать влияние не только на чувстви-
тельность сенсора, но и на его селективность по отношению к детек-
тируемым средам [2].
В качестве материалов контактов для толстых и тонких плёнок
http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D0%BE%D0%BB%D1%8C%D1%82-%D0%B0%D0%BC%D0%BF%D0%B5%D1%80%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D1%85%D0%B0%D1%80%D0%B0%D0%BA%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B8%D0%BA%D0%B0
http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D0%BE%D0%BB%D1%8C%D1%82-%D0%B0%D0%BC%D0%BF%D0%B5%D1%80%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D1%85%D0%B0%D1%80%D0%B0%D0%BA%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B8%D0%BA%D0%B0
СВОЙСТВА ТОЛСТЫХ ПЛЁНОК НА ОСНОВЕ SnO2 179
на основе SnO2 наиболее часто используются Au, Ag, Pt и сплавы
Au/Pt, Ag/Pd. Хотя влиянию данных контактных материалов на
сенсорные свойства плёнок SnO2 посвящён ряд работ [2, 3], единой
точки зрения по поводу роли и механизма такого влияния в насто-
ящее время нет.
Одним из материалов, нашедших применение в толстоплёночной
микроэлектронике для изготовления токоподводящих контактов,
является борид никеля — Ni3B [4, 5]. Несмотря на обширную па-
тентную литературу, проводниковый материал на основе данного
борида остаётся малоизученным, а информация по его использова-
нию с материалами на основе диоксида олова среди литературных
данных не обнаружена. Проведённые нами ранее исследования [6]
показали, что термообработка Ni3B-паст при температурах превы-
шающих 600C приводит к образованию плёнок, основным струк-
турным элементом которых являются нанодисперсные частицы Ni
различной величины. Цель настоящей работы — исследовать свой-
ства толстых плёнок на основе порошков SnO2, нанесённых на кон-
такты, изготовленные из токопроводящих Ni3B-паст.
2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА
Изготовление контактов и толстых плёнок на основе диоксида оло-
ва осуществлялось методом трафаретной печати — пасты, пред-
ставляющие собой суспензию порошков в органическом связую-
щем, через сетчатый трафарет наносились на подложку, после чего
проходили термообработку. В качестве подложки использовалась
алюмооксидная керамика (94,4% масс. Al2O3), как органическое
связующее — раствор этилцеллюлозы в терпинеоле.
При изготовлении контактов применялась паста на основе по-
рошка Ni3B (средний диаметр частиц d 3–5 мкм), в состав которой
также входило свинцовоборосиликатное стекло марки С82-3 в ко-
личестве 10% масс. После нанесения на подложку контактная пас-
та проходила термообработку при температуре 800С.
При изготовлении толстоплёночных образцов использовались
пасты 8 составов. На подложки с прошедшими термообработку
контактами наносились пасты на основе:
– порошка SnO2 (d 1–3 мкм, производство НТЦ «Реактивэлек-
трон»);
– порошка диоксида олова, легированного сурьмой Sn0,97Sb0,03O2 —
NanoTek® (d 28 нм, производство AlfaAesar, США);
– порошков смешанного состава: хSnO2 (100 х)Sn0,97Sb0,03O2,
где х 30, 60, 80, 90, 94, 97% масс.
Термообработка толстоплёночных образцов осуществлялась на
воздухе при температурах 600, 700, 750 и 800С в конвейерной печи
ПЭК-8. После основной термообработки образцы проходили стаби-
180 А. Г. ГОНЧАР, В. Е. ШЕЛУДЬКО, В. В. КРЕМЕНИЦКИЙ и др.
лизирующий отжиг при температуре 400С.
Толщина плёночных образцов контролировалась интерферомет-
ром «Микрон-Альфа».
Рентгенофазовый анализ осуществлялся на установке ДРОН-3,0
в CuK-фильтрованном излучении. Идентификация фаз осуществ-
лялась по картотеке JCPDS. Рентгеноспектральный микроанализ
проводился на электронно-зондовом микроанализаторе JXA-8200
фирмы JEOL.
Вольт-амперные характеристики (ВАХ) и электросопротивление
образцов измеряли 2-х и 4-х зондовым методами с применением
цифрового мультиметра GW Instek GDM-8246.
3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Результаты рентгенофазового и рентгеноспектрального анализа
свидетельствуют, что материал прошедшего термообработку кон-
такта, в основном, представляет собой фазу никеля, химическое
взаимодействие между материалами плёнки и контакта отсутству-
ет. На рисунке 1 приведена дифрактограмма участка толстой плён-
ки на основе смеси порошков (содержание порошка SnO2 в смеси
х 80% масс.), находящегося над контактом, изготовленным из
Ni3B-пасты. Температура термообработки образца — 700С. Как
следует из рисунка, основные линии на дифрактограмме принад-
лежат фазам диоксида олова и никеля, фиксируются пики фаз,
принадлежащих подложке. Присутствуют слабые линии, соответ-
ствующие незначительному количеству остаточного Ni3B в кон-
тактном слое.
На рисунке 2 изображены микроструктуры поверхности плёнок
и результат рентгеноспектрального микроанализа поверхности
контакта. Исследуемые в настоящей работе плёнки имеют толщину
20–25 мкм с порами субмикронного и микронного размеров. Стоит
отметить, что порошки диоксида олова плохо спекаются даже при
температурах, близких к температуре сублимации ( 1700С), а до-
бавки сурьмы ухудшают их спекаемость. В результате выдержки
при температурах термообработки, используемых в настоящей ра-
боте, из порошков исходных материалов образуется ансамбль слабо
спечённых частиц. Механическая прочность исследуемых плёнок
обеспечивалась, среди прочего, использованием при изготовлении
паст смесей порошков различной дисперсности.
Исследование ВАХ образцов проводилось при температурах 25,
100, 200, 300 и 400C на воздухе и в вакууме. Результаты показали
что, для всех исследованных в настоящей работе составов плёноч-
ных композиций и температур термообработки, ВАХ симметрич-
ные и линейные при измерениях как на воздухе, так и в вакууме,
что свидетельствует об отсутствии барьера на границе контакт–
СВОЙСТВА ТОЛСТЫХ ПЛЁНОК НА ОСНОВЕ SnO2 181
полупроводниковый слой.
Удельное поверхностное электросопротивление контактных
площадок составило 0,03 Ом/квадрат, что сопоставимо по величине
с сопротивлением площадок, изготовленных из благородных ме-
таллов. Важно отметить, что величина электросопротивления ис-
следуемых в работе плёночных образцов практически не отлича-
лась от величин, измеренных для аналогичных по составу плёнок,
нанесённых на контакты, изготовленные из Ag/Pd-пасты. Удель-
ное поверхностное электросопротивление плёночных образцов на
основе порошка Sn0,97Sb0,03O2 в зависимости от температуры термо-
обработки составило величины в диапазоне от 1 до 5 кОм/квадрат, в
то время как сопротивление образцов на основе чистого порошка
SnO2 при комнатной температуре превышало 1012
Ом. Столь значи-
тельная разница в величинах электросопротивления образцов свя-
зана со свойствами исходных порошков Sn0,97Sb0,03O2 и SnO2, ис-
пользуемых при изготовлении паст. Чистый диоксид олова — ши-
рокозонный полупроводник (ширина запрещённой зоны 3,6 эВ) n-
типа, обладающий низкой проводимостью. Сурьма, замещая атомы
олова в решётке SnO2, образует примесную зону, которая в моно-
Рис. 1. Дифрактограмма толстоплёночного образца на основе смеси по-
рошков (содержание порошка SnO2 в смеси х 80% масс.), нанесённого на
контакт, изготовленный из Ni3B-пасты.
Fig. 1. XRD-patterns of thick-film sample on the base of powders’ mixture
(the content of SnO2 powder in the mixture—х 80% wt.) deposited on the
contact pad fabricated from Ni3B-paste.
182 А. Г. ГОНЧАР, В. Е. ШЕЛУДЬКО, В. В. КРЕМЕНИЦКИЙ и др.
кристаллах твёрдых растворов Sn1SbO2 при 1,110
3
сливается с
дном зоны проводимости [7]. Легирование сурьмой в пределах не-
скольких атомарных процентов увеличивает проводимость SnO2 на
порядки.
Поскольку в работе при изготовлении толстоплёночных образцов
использовались смеси порошков, то представляют интерес концен-
трационные зависимости свойств. На рисунке 3 приведена зависи-
мость удельного поверхностного электросопротивления от содер-
жания порошка SnO2 в составе толстоплёночной композиции для
а
б
в
Рис. 2. Микроструктура поверхности плёнок: на основе порошка
Sn0,97Sb0,03O2 (а), на основе смеси порошков (содержание SnO2 х 20%
масс.) в области контакта (контакт снизу) (б); энергодисперсионные спек-
тры и элементный состав поверхности контакта (в).
Fig. 2. The microstructure of films’ surface: on the base of Sn0.97Sb0.03O2 pow-
der (a), on the base of powders’ mixture (content of SnO2 х 20% wt.) in the
contact pad area (below) (б); EDS-spectra and element composition of the con-
tact pad surface (в).
СВОЙСТВА ТОЛСТЫХ ПЛЁНОК НА ОСНОВЕ SnO2 183
плёнок, прошедших термообработку на воздухе при 700С. Для об-
разцов, прошедших термообработку при других температурах, за-
висимости аналогичные.
Приведённые зависимости свидетельствуют о том, что электро-
сопротивление плёнок сравнительно слабо растёт по мере увеличе-
ния содержания порошка SnO2 в составе композиции до 94% масс.,
а при дальнейшем увеличении x рост сопротивления резко усили-
вается. Такое поведение характерно для двухфазных материалов, в
состав которых входят диэлектрик и проводник, либо, как в нашем
случае, фазы с резко отличающимися величинами электропровод-
ности. Изображённая на рис. 3 зависимость иллюстрирует, что в
образцах на основе смеси порошков с концентрацией SnO2 меньше
х 94% масс. проводимость осуществляется по токопроводящим
цепочкам контактирующих наночастиц твёрдого раствора
Sn0,97Sb0,03O2. Увеличение концентрации SnO2 выше пороговой (94%
масс.) приводит к обрыву составленных из частиц Sn0,97Sb0,03O2 це-
почек и вовлечению в процесс переноса заряда частиц SnO2.
Об этом же свидетельствует концентрационная зависимость
энергии активации электропроводности Ea (рис. 3), которая рассчи-
тывалась в температурном интервале 20–120C как d(lnR)/d([kT]
1).
В данном интервале температурная зависимость электросопротив-
Рис. 3. Зависимости удельного поверхностного электросопротивления (R)
и энергии активации (Ea) электропроводности плёнок от содержания по-
рошка SnO2 в составе плёночной композиции.
Fig. 3. The dependences of the specific surface electrical resistivity (R) and
activation energy (Ea) of electroconductivity of films on the content of SnO2
powder in the film composition.
184 А. Г. ГОНЧАР, В. Е. ШЕЛУДЬКО, В. В. КРЕМЕНИЦКИЙ и др.
ления SnO2 плёнок характеризуется экспоненциальным уменьше-
нием сопротивления [8], что связывается с наличием потенциаль-
ных барьеров на межчастичных границах или ионизацией донор-
ных уровней. Из приведённых на рис. 3 данных видно, что энергия
активации электропроводности плёнок состава х 94% масс. нахо-
дится в интервале 0,03–0,065 эВ. Увеличение концентрации SnO2 в
составе плёночной композиции приводит к резкому росту Ea. Для
плёнок на основе порошка чистого SnO2 энергия активации дости-
гает значения 0,5 эВ, которое сопоставимо по величине с высотами
потенциальных барьеров на границе между частицами SnO2 [9].
Помимо электросопротивления и энергии активации, концен-
трация SnO2 в составе плёночной композиции определяет вид тем-
пературной зависимости сопротивления плёнок. Для плёнок на ос-
нове смесей порошков с концентрацией SnO2 х 94% масс. зависи-
мость сопротивления от температуры в координатах lnR–1/T пред-
ставляет собой прямую линию во всем интервале измерений. Такое
поведение характерно для поликристаллических плёнок на основе
чистого диоксида олова, в том числе и для толстых плёнок [10]. В
качестве иллюстрации на рис. 4 приведена температурная зависи-
мость электросопротивления плёнок на основе смеси порошков со-
става х 94% масс. В отличие от линейной зависимости, изобра-
жённой на рис. 4, для плёнок на основе смесей порошков с концен-
трацией SnO2 х 94% масс. на температурной зависимости сопро-
Рис. 4. Зависимость электросопротивления плёнок от температуры. Тем-
пература термообработки 700С. Содержание SnO2 в составе плёночной
композиции х 94% масс.
Fig. 4. Temperature dependence of electrical resistivity of films. Heat treat-
ment temperature—700C. The content of SnO2 in film composition х 94%
wt.
СВОЙСТВА ТОЛСТЫХ ПЛЁНОК НА ОСНОВЕ SnO2 185
тивления можно выделить три участка, среди которых участок в
интервале 150–250С, на котором величина сопротивления плёнок
не изменяется (рис. 5, кривая 1). Зависимости такого вида наблю-
дались нами для плёнок на основе порошка Sn0,97Sb0,03O2 и смесей
порошков состава х 94% масс. независимо от режима их термооб-
работки. Важно отметить, что такой вид зависимости наблюдается
только при использовании контактов, изготовленных из Ni3B-паст.
Проведённые нами ранее исследования [11] показали, что на изме-
ренных в аналогичных условиях температурных зависимостях
плёнок такого же состава, нанесённых на Ag- или Ag/Pd-контакты,
в температурном интервале 150–350C наблюдается рост сопротив-
ления (рис. 5, кривая 2).
Наблюдаемое различие в температурных зависимостях электро-
сопротивления плёнок свидетельствует о важной роли материала
контакта и может быть объяснено с учётом процессов адсорбции,
диссоциации адсорбированных частиц и их десорбции с поверхно-
сти полупроводникового слоя. Как было сказано выше, диоксид
олова является полупроводником n-типа, что подразумевает склон-
ность к адсорбции молекул акцепторов. В атмосфере воздуха и при
ненулевой влажности поверхность SnO2 при комнатной температу-
ре покрыта молекулами кислорода, воды и гидроксильными груп-
пами. Отметим, что поведение газочувствительных слоёв в атмо-
Рис. 5. Зависимость электросопротивления плёнок от температуры (1 —
контакты изготовлены из Ni3B-пасты, 2 — из Ag/Pd-пасты). Температура
термообработки 700С. Содержание SnO2 в составе плёночной композиции
х 90% масс.
Fig. 5. Temperature dependence of electrical resistivity of films (with contact
pads from Ni3B-paste (1) or from Ag/Pd-paste (2)). Heat treatment tempera-
ture—700C. The content of SnO2 in film composition х 90% wt.
186 А. Г. ГОНЧАР, В. Е. ШЕЛУДЬКО, В. В. КРЕМЕНИЦКИЙ и др.
сфере, в которой одновременно присутствуют кислород и пары во-
ды, является крайне сложным; в литературе отсутствует очевидная
простая интерпретация такого поведения. С ростом температуры
процессы адсорбции–десорбции ускоряются и начинают опреде-
лять поведение электросопротивления плёнок. В частности, рост
сопротивления плёнок, нанесённых на Ag/Pd-контакты (рис. 5,
кривая 2), связан с хемосорбированным на поверхности плёнок
кислородом, который при T 150C переходит в атомарную форму
[8]:
О
2 е
2О
,
что сопровождается уменьшением числа электронов в зоне прово-
димости материала и ростом высоты потенциальных барьеров на
границе между частицами.
Отсутствие участка роста сопротивления для плёнок, нанесённых
на контакты, изготовленные из Ni3B-паст, свидетельствует, что для
них данный процесс не является определяющим, и приводит к вы-
воду, что материал контакта влияет на заполняемость поверхности
плёнок молекулами адсорбата. Такое влияние может быть объясне-
но различными механизмами адсорбции воды на серебряных и ни-
келевых поверхностях. На поверхности благородных металлов вода
адсорбируется преимущественно в молекулярной форме, в то время
как на поверхности никеля имеет место диссоциативная адсорбция
[12]. Диссоциация молекул воды на поверхности контакта сопро-
вождается насыщением приконтактной области поверхности плё-
нок, нанесённых на изготовленные из Ni3B-паст контакты, гидрок-
сильными группами, конкурирующими с кислородом за адсорбци-
онные центры. Доминирование гидроксильных групп, занятие ими
свободных адсорбционных центров и снижение количества адсорби-
рованного кислорода обусловливает тот факт, что рост сопротивле-
ния при T 150C не наблюдается. В пользу такого объяснения сви-
детельствует и наблюдающееся снижение величины электросопро-
тивления плёнок при температурах выше 250C (рис. 5), поскольку,
как известно [8], именно при этой температуре начинается десорб-
ция гидроксильных групп с поверхности диоксида олова.
Температурная зависимость электросопротивления плёнок свя-
зана с материалом контакта, и эта связь определяет механизм газо-
вой чувствительности плёнок. Как известно, гидроксильные груп-
пы играют важную роль при взаимодействии поверхности диоксида
олова с адсорбируемыми молекулами, например, с водородом [13],
озоном [14], спиртами [15]. Исходя из этого, нанесение плёнок на
основе SnO2 на контакты, изготовленные из Ni3B-паст, может пред-
ставлять практический интерес при их использовании в качестве
чувствительных элементов газовых сенсоров.
СВОЙСТВА ТОЛСТЫХ ПЛЁНОК НА ОСНОВЕ SnO2 187
4. ВЫВОДЫ
В работе исследованы свойства толстых плёнок на основе порошков
SnO2, нанесённых на контакты, изготовленные из паст на основе
Ni3B. Для электросопротивления исследованных плёнок характер-
на омичность во всем диапазоне температур измерений, как на воз-
духе, так и в вакууме. Материал контакта, изготовленного из Ni3B-
паст, не оказывает какого-либо существенного влияния на величи-
ну сопротивления плёнок при комнатной температуре в сравнении с
контактами, изготовленными из Ag- и Ag/Pd-паст. В тоже время
температурные зависимости сопротивления плёнок на основе Ni3B в
значительной степени отличаются от зависимостей, измеренных
для плёнок, нанесённых на изготовленные из благородных метал-
лов контакты.
Влияние материала контакта на температурные зависимости
связывается с различными механизмами адсорбции воды на их по-
верхностях.
ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. P. R. Bueno and J. A. Varela, Mater. Res., 9, No. 3: 293 (2006).
2. S. M. A. Durrani, Talanta, 68, Iss. 5: 1732 (2006).
3. S. Saukko and V. Lantto, Thin Solid Films, 436, No. 1: 137 (2003).
4. S. J. Mears, Use of Conductor Compositions in Electronic Circuits, Patent
No. US8097062 B2 (2012).
5. S. J. Mears, Conductor Compositions and the Use Thereof, Patent
No. US7914709 B2 (2011).
6. Б. М. Рудь, Е. Я. Тельников, А. К. Марчук, А. Г. Гончар, А. А. Рогозинская,
Порошковая металлургия, № 5/6: 142 (2013).
7. Д. Е. Дышель, Порошковая металлургия, № 5/6: 94 (2001).
8. M. Batzill and U. Diebold, Progr. Surf. Sci., 79, Iss. 2–4: 47 (2005).
9. M. C. Carotta, M. Benetti, E. Ferrari, A. Giberti, C. Malagu, M. Nogliati,
B. Vendemiati, and G. Martinelli, Sensors and Actuators B, 126, Iss. 2: 672
(2007).
10. R. Y. Borse and A. S. Garde, Sensors and Transducers Journal, 97, Iss. 10: 64
(2008).
11. А. Г. Гончар, Н. И. Симан, Е. Я. Тельников, Л. И. Фиялка, А. К. Марчук,
Тезисы докладов Международной конференции «HighMatTech-2015» (5–8
октября 2015, Киев, Украина), с. 170.
12. A. J. Renouprez, P. Fouilloux, J. P. Candy, and J. Tomkinson, Surf. Sci., 83,
Iss. 1: 285 (1979).
13. R. G. Pavelko, H. Daly, C. Hardacre, A. Vasiliev, and E. Llobet, Phys. Chem.
Chem. Phys., 12: 2639 (2010).
14. G. Korotchenkov, I. Blinov, V. Brinzari, and J. R. Stetter, Sensors and
Actuators B, 122, Iss. 2: 519 (2007).
15. M. Li, L. J. Qiao, W. Y. Chu, and A. A. Volinsky, Sensors and Actuators B, 158,
Iss. 1: 340 (2011).
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0040609003005091
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0040609003005091
http://www.sciencedirect.com/science/journal/00406090
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/003960287990493X
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/003960287990493X
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/003960287990493X
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/003960287990493X
http://www.sciencedirect.com/science/journal/00396028
http://www.sciencedirect.com/science/journal/00396028/83/1
http://www.sciencedirect.com/science/journal/00396028/83/1
188 А. Г. ГОНЧАР, В. Е. ШЕЛУДЬКО, В. В. КРЕМЕНИЦКИЙ и др.
REFERENCES
1. P. R. Bueno and J. A. Varela, Mater. Res., 9, No. 3: 293 (2006).
2. S. M. A. Durrani, Talanta, 68, Iss. 5: 1732 (2006).
3. S. Saukko and V. Lantto, Thin Solid Films, 436, No. 1: 137 (2003).
4. S. J. Mears, Use of Conductor Compositions in Electronic Circuits, Patent
No. US8097062 B2 (2012).
5. S. J. Mears, Conductor Compositions and the Use Thereof, Patent
No. US7914709 B2 (2011).
6. B. M. Rud’, E. Ya. Tel’nikov, A. K. Marchuk, A. G. Gonchar, and
A. A. Rogozinskaya, Poroshkovaya Metallurgiya, Nos. 5/6: 142 (2013)
(in Russian).
7. D. E. Dyshel’, Poroshkovaya Metallurgiya, Nos. 5/6: 94 (2001) (in Russian).
8. M. Batzill and U. Diebold, Progr. Surf. Sci., 79, Iss. 2–4: 47 (2005).
9. M. C. Carotta, M. Benetti, E. Ferrari, A. Giberti, C. Malagu, M. Nogliati,
B. Vendemiati, and G. Martinelli, Sensors and Actuators B, 126, Iss. 2: 672
(2007).
10. R. Y. Borse and A. S. Garde, Sensors and Transducers Journal, 97, Iss. 10: 64
(2008).
11. A. G. Gonchar, N. I. Siman, E. Ya. Tel’nikov, L. I. Fiyalka, and A. K. Marchuk,
Abstr. Int. Conf. ‘HighMatTech-2015’ (October 5–8, 2015, Kiev, Ukraine),
p. 170 (in Russian).
12. A. J. Renouprez, P. Fouilloux, J. P. Candy, and J. Tomkinson, Surf. Sci., 83,
Iss. 1: 285 (1979).
13. R. G. Pavelko, H. Daly, C. Hardacre, A. Vasiliev, and E. Llobet, Phys. Chem.
Chem. Phys., 12: 2639 (2010).
14. G. Korotchenkov, I. Blinov, V. Brinzari, and J. R. Stetter, Sensors and
Actuators B, 122, Iss. 2: 519 (2007).
15. M. Li, L. J. Qiao, W. Y. Chu, and A. A. Volinsky, Sensors and Actuators B, 158,
Iss. 1: 340 (2011).
https://doi.org/10.1590/S1516-14392006000300009
https://doi.org/10.1016/j.talanta.2005.08.015
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0040609003005091
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0040609003005091
https://doi.org/10.1016/S0040-6090(03)00509-1
https://doi.org/10.1016/j.progsurf.2005.09.002
https://doi.org/10.1016/j.snb.2007.04.016
https://doi.org/10.1016/j.snb.2007.04.016
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/003960287990493X
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/003960287990493X
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/003960287990493X
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/003960287990493X
https://doi.org/10.1016/0039-6028(79)90493-X
https://doi.org/10.1016/0039-6028(79)90493-X
https://doi.org/10.1039/b921665k
https://doi.org/10.1039/b921665k
https://doi.org/10.1016/j.snb.2006.06.025
https://doi.org/10.1016/j.snb.2006.06.025
https://doi.org/10.1016/j.snb.2011.06.031
https://doi.org/10.1016/j.snb.2011.06.031
|