ИМПЕДАНСНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНОК ДИОКСИДА ОЛОВА

Целью работы являлось применение метода импедансной спектроскопии для анализа влияния отжига в инертной среде на электрофизические свойства и структуру нестехиометрических пленок диоксида олова. Пленки SnO₂ варьируемого стехиометрического состава получали двухступенчатым окислением металлического олова, нанесенного на подложки поликристаллического Al₂O₃ методом магнетронного напыления на постоянном токе. Для модификации структуры и стехиометрического состава исходных покрытий проводился отжиг в инертной среде в интервале температур 300–800 °С. Измерения импеданса полученных пленок SnO₂ проводились в диапазоне частот 20 Гц – 2 МГц при комнатной температуре на воздухе. Исследование электропроводности пленок диоксида олова на переменном токе позволило установить, что в результате высокотемпературного отжига происходит изменение частотных зависимостей действительной и мнимой частей импеданса пленок. Предложены эквивалентные схемы замещения, описывающие частотные зависимости импеданса пленок различного структурного и стехиометрического состава. Использование метода импедансной спектроскопии позволило установить, что в процессе окислительного отжига формируется поликристаллическая пленка диоксида олова, электропроводность которой можно варьировать отжигом в инертной среде, в результате которого происходит перекристаллизация пленок и изменение ее стехиометрического состава, а также увеличение размеров кристаллитов SnO₂ . Изменения структуры и фазового состава пленок диоксида олова при проведении высокотемпературного отжига в инертной среде подтверждаются результатами проведенного рентгеноструктурного анализа. Установлено, что анализ годографов импеданса является информативным способом для исследования электрофизических свойств и структуры поликристаллических пленок диоксида олова.

1. Barsoukov, E. Impedance Spectroscopy. Theory, Experiment and Applications / E. Barsoukov, J. Ross Macdonald. – Second Edition. – John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey, 2005. – 595 p.

2. Chizhov, A.S. Frequency-dependent electrical conductivity of nanocrystalline SnO2 / A.S. Chizhov, M.N. Rumyantseva, A.M. Gaskov // Inorganic Materials. – 2013. – Vol. 49, no. 10. – P. 1000–1004.

3. Богданов, К.П. Равновесие собственных точечных дефектов в диоксиде олова / К.П. Богданов, Д.Ц. Димитров, О.Ф. Луцкая, Ю.М. Таиров // Физика и техника полупроводников. – 1998. – Т. 32, № 10. – С. 1158–1160.

4. Громов, В.Ф. Механизмы сенсорного эффекта в кондуктометрических датчиках на основе диоксида олова для детектирования газов-восстановителей / В.Ф. Громов, Г.Н. Герасимов, Т.В. Белышева, Л.И. Трахтенберг // Ж. Рос. хим. об-ва им. Д.И. Менделеева. – 2008. – Т. 52, № 5. – С. 80–87.

5. Кофстад, П. Отклонение от стехиометрии, диффузия и электропроводность в простых окислах металлов /П. Кофстад; пер. с англ. – М. : Мир, 1975. – 396 с.

6. Godinho, K.G. Energetic and Electronic Structure Analysis of Intrinsic Defects in SnO2 / K.G. Godinho, A. Walsh, G.W. Watson // J. Phys. Chem. C. – 2009. – Vol. 113. – P. 439– 448.

7. Bansal, S. Charge transport mechanism in high conductivity undoped tin oxide thin films deposited by reactive sputtering / S. Bansal, D.K. Pandya, S.C. Kashyap // Thin Solid Films. – 2012. – Vol. 524. – P. 30–34.

8. Васильев, Р.Б. Импеданс-спектроскопия ультрадисперсной керамики с варьируемым размером кристаллитов / Р.Б. Васильев [и др.] // ФТП. – 2006. – Т. 40, № 1. – С. 108–111.

9. Ginley, D. Handbook of Transparent Conductors / D. Ginley, H. Hosono, David C. P. (Eds.) – Associate Editors. – 2011. – 547 p.

10. Batzill, M. The surface and materials science of tin oxide / M. Batzill, U. Diebold // Progress in Surface Science. – 2005. – Vol. 79. – P. 47–154.

11. Zak, A.K. Substrate free synthesis of wide area stannic oxide nano-structured sheets via a sol-gel method using gelatin / A. Khorsand Zak, A. Moradi Golsheikh, W. Haliza Abd Majid, S.M. Banihashemian // Materials Letters. – 2013. – Vol. 109. – P. 309–312.

12. Гаськов, А.М. Химическая модификация нанокристаллического диоксида олова для селективных газовых сенсоров / В.В. Кривецкий, М.Н. Румянцева, А.М. Гаськов // Успехи химии. – 2013. – Т. 82, № 10. – С. 917–941.

13. Ksenevich, V.K. Fabrication and characterization of transparent tin dioxide films with variable stoichiometric composition / V.K. Ksenevich, D.V. Adamchuk, V.B. Odzhaev, P. Zhukowski // Acta Physica Polonica A. – 2015. – Vol. 128. – P. 861–863.

14. Домашевская, Э.П. Механизмы окисления тонких металлических пленок олова / Э.П. Домашевская [и др.] // Конденсированные среды и межфазные границы. – 2012. – Т. 14, № 3. – C. 328–333.

15. Garkin, L.N. Impedance Spectroscopy of Metal-Oxide Nanocomposites / L.N. Garkin [et al.] // Glass Physics and Chemistry. – 2004. – Vol. 30. – P. 461–470.

16. Sluyters-Rehbach, M. Impedances of electrochemical systems: terminology, nomenclature, and representation. Part I: cells with metal electrodes and liquid solutions / M. Sluyters-Rehbach // Pure and Appl. Chem. – 1994. – Vol. 66, no. 9. – P. 1831–1891.

17. Гнеденков, С.В. Импедансная спектроскопия в исследовании процессов переноса заряда / С.В. Гнеденков, С.Л. Синебрюхов // Вестник ДВО РАН. – 2006. – № 5. – С. 6–16.

18. Attaran-Kakhki, E. Fabrication and characterization of silver-tin dioxide core-shell structured nanocomposite particles / E. Attaran-Kakhki, M. Khosravi-Nouri1, N. Shahtahmassebi1, G. Zohuri // Materials Physics and Mechanics. – 2013. – No. 17. – P. 29–32.

19. Agilan, S. Structural and ferromagnetic investigation of the size effects in pure and Co doped SnO2 nano-particles / S. Agilan, M. Saravanakumar, N. Muthukumarasamy, V. Rukkumani // Int. J. Chem. Sci. – 2015. – Vol. 13, no. 2. – P. 605–612.

20. Boroojerdian, P. Structural and Optical Study of SnO Nanoparticles Synthesized Using Microwave–Assisted Hydrothermal Route / P. Boroojerdian // Int. J. Nanosci. Nanotechnol. – 2013. – Vol. 9, no. 2. – P. 95–100.

21. Comini, E. Oxidation of Sn thin films to SnO2 . MicroRaman mapping and X-ray diffraction studies / E. Comini [et al.] // J. Mater. Res. – 1998. – Vol. 13, no. 9. – P. 2457–2460.

22. Ristića, M. Dependence of nanocrystalline SnO2 particle size on synthesis route / M. Ristića, M. Ivanda, S. Popović, S. Musića // Journal of Non-Crystalline Solids. – 2002. – Vol. 303, no. 2. – P. 270–280.