Исследование структурных и электрофизических характеристик NiO-углеродных пленок для создания чувствительных элементов газовых сенсоров

Полупроводниковые оксиды металлов на протяжении последних десятилетий интенсивно исследуются для газовой сенсорики благодаря относительной простоте их получения и химической стабильности в реактивных средах. Целью настоящей работы является исследование электрофизических и оптических свойств тонкопленочных полупроводниковых структур на основе оксида никеля (NiO); анализ практического применения таких материалов в качестве активных элементов газовых сенсоров. Проект посвящен разработке фундаментальных основ создания новых нанокомпозитов на основе пленок оксида никеля и линейно-цепочечного углерода. Особенностью заявляемого в проекте материала является то обстоятельство, что NiO представляет собой широкозонный полупроводник p-типа. При взаимодействии активного слоя с газовыми компонентами, обладающими донорными свойствами, его сопротивление резко возрастает. Напротив, осаждение акцепторных газов, к которым относится, например, озон ведет к снижению сопротивления чувствительного слоя, что позволяет уверенно регистрировать отклик сенсора. Сенсоры на основе оксида никеля используются при регистрации паров этанола, угарного газа, углеводородов. Проведено исследование структурных свойств Ni после взаимодействия с углеродной пленкой линейно-цепочечного углерода. Исследован отклик сенсорных структур на основе оксида никеля к угарному газу. Показано, что оптимальными условиями, при которых чувствительность к угарному газу выше осуществляется при условии термообработки при температуре 2500 С и времени отжига 30 минут. Проблема получения композитных материалов на основе оксидной пленки и углеродной матрицы является важным направлением в газовой сенсорике, поскольку применение высокоупорядученной гексагональной структуры углеродных нитей может существенно повлиять на увеличение удельной поверхности и соответственно на чувствительность сенсора. Для получения оксидных пленок, производилось напыление пленок никеля на диэлектрические подложки. Пленочные металлоксид-углеродные нанокомпозиты получены также в 2 этапа – терморезистивное напыление пленок Ni с последующей их термообработкой и дальнейшим ионно-плазменным осаждением пленок линейно-цепочечного углерода. Состав и строение полученных нанокомпозитов охарактеризованы методами элементного анализа (РФЭС), атомно-силовой микроскопии. . Рассмотрение наиболее крупных кристаллов с изображением муаровых линий на просвечивающем электронном микроскопе свидетельствуют об их кристаллической структуре и ориентации. АСМ показала, что при определенных условиях интеркалирования Ni в пленку линейно-цепочечного углерода с последующим отжигом сопровождается разрывом сплошности поверхности и уменьшением размера кластеров. Определена ширина запрещенной зоны полупроводниковых пленок NiO при варьировании условий их получения и определена чувствительность чистых пленок NiO к угарному газу и влажности, выходной сигнал оказался стабильным после неоднократных циклов сорбции-десорбции.