ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ААСVD ТОНКИХ ПЛЕНОК ZnO НА МИКРОСТРУКТУРНЫЕ И ГАЗОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Методом ААСVD получены тонкие пленки оксида цинка. Варьируемым параметром является температура синтеза, которая составляет от 350 до 500°С. Показано, что частицы ZnO имеют структуру вюрцита со средним размером кристаллитов 26 ± 4 нм. Анализ морфологии полученных пленок показал, что в диапазоне температур 400–450°С образуются сплошные пленки со средним размером частиц 52 ± 14 нм, а при температурах синтеза 350–375°С и 475–500°С — пленки с островковой структурой со средним размером 51 ± 13 нм. Изучены оптические свойства полученных пленок, оценочные значения ширины запрещенной зоны равны 3.31–3.34 эВ. Предложен механизм формирования пленок в зависимости от температуры синтеза. Изучены их хемосенсорные свойства при рабочей температуре 150–350°С с использованием большой группы газов-аналитов: CO, NH3, H2, CH4, C6H6, этанола, ацетона и NO₂. Продемонстрирована высокая чувствительность (4–100 м.д.) тонких пленок к летучим органическим соединениям при рабочей температуре 350°С. Установлено, что наибольший отклик демонстрирует образец с наибольшей шероховатостью поверхности. Исследовано влияние влажности на величину и форму сигнала, полученного при обнаружении ацетона.

Об авторах

А. С Мокрушин

Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН

Email: artyom.nano@gmail.com
Москва, Россия

С. А Дмитриева

Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН; Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева

Email: artyom.nano@gmail.com
Москва, Россия; Москва, Россия

Н. П Симоненко

Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН

Email: artyom.nano@gmail.com
Москва, Россия

А. А Аверин

ФГБУН Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН

Email: artyom.nano@gmail.com
Москва, Россия

Ф. Ю Горобцов

Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН

Email: artyom.nano@gmail.com
Москва, Россия

А. И Звягина

ФГБУН Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН

Email: artyom.nano@gmail.com
Москва, Россия

Е. П Симоненко

Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: artyom.nano@gmail.com
Москва, Россия

Список литературы

  1. Özgür Ü., Alivov Y.I., Liu C. et al. // J. Appl. Phys. 2005. V. 98. № 4. P. 1. https://doi.org/10.1063/1.1992666
  2. Xu S., Wang Z.L. // Nano Res. 2011. V. 4. № 11. P. 1013 https://doi.org/10.1007/s12274-011-0160-7
  3. Mukhanov VA., Sokolov P.S., Baranov A.N. et al. // Cryst. Eng. Comm. 2013. V. 15. № 32. P. 6318. https://doi.org/10.1039/c3ce40766g
  4. Lin W., Ding K., Lin Z. et al. // Cryst. Eng. Comm. 2011. V. 13. № 10. P. 3338. https://doi.org/10.1039/c1ce05122a
  5. Tishkevich D.I., Vorobjova A.I., Vinnik D.A. // Solid State Phenom. 2020. V. 299 SSP. P. 100. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/SSP.299.100
  6. Ohta H., Hosono H. // Mater. Today. 2004. V. 7. № 6. P. 42. https://doi.org/10.1016/S1369-7021(04)00288-3
  7. O’Brien S., Nolan M.G., Copuroglu M. et al. // Thin Solid Films. 2010. V. 518. № 16. P. 4515. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2009.12.020
  8. Cheng X.L., Zhao H., Huo L.H. et al. // Sens. Actuators, B: Chem. 2004. V. 102. № 2. P. 248. https://doi.org/10.1016/j.spb.2004.04.080
  9. Arshak K., Gaidan I. // Mater. Sci. Eng., B. 2005. V. 118. № 1–3. P. 44.
  10. https://doi.org/10.1016/j.mseb.2004.12.061
  11. Neri G., Bonavita A., Rizzo G. et al. // Sens. Actuators, B: Chem. 2006. V. 114. № 2. P. 687.
  12. https://doi.org/10.1016/j.spb.2005.06.062
  13. Мокрушин А.С., Дмитриева С.А., Нагорнова И.А. и др. // Журн. неорган. химии. 2024. Т. 69. № 12. С. 1872.
  14. https://doi.org/10.31857/S0044457X24120195
  15. Look D.C., Reynolds D.C., Litton C.W. et al. // Appl. Phys. Lett. 2002. V. 81. № 10. P. 1830.
  16. https://doi.org/10.1063/1.1504875
  17. Kolodziejczak-Radzinska A., Jesionowski T. // Materials (Basel). 2014. V. 7. № 4. P. 2833.
  18. https://doi.org/10.3390/mn7042833
  19. Benelmekki M., Erbe A. Nanostructured thin films – background, preparation and relation to the technological revolution of the 21st century, 2019
  20. https://doi.org/10.1016/B978-0-08-102572-7.00001-5
  21. Edinger S., Bansal N., Bauch M. et al. // J. Mater. Sci. 2017. V. 52. № 14. P. 8591.
  22. https://doi.org/10.1007/s10853-017-1084-8
  23. Bedia A., Bedia F.Z., Allierie M. et al. // Energy Procedia. 2015. V. 74. P. 529.
  24. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2015.07.740
  25. Bao D., Gu H., Kuang A. // Thin Solid Films. 1998. V. 312. № 1–2. P. 37.
  26. https://doi.org/10.1016/s0040-6090(97)00302-7
  27. Khan M.I., Bhatti K.A., Qindeeel R. et al. // Results Phys. 2017. V. 7. P. 651.
  28. https://doi.org/10.1016/j.rinp.2016.12.029
  29. Ansari A.A., Khan M.A.M., Alhoshan M. et al. // J. Semiconduct. 2012. V. 33. № 4.
  30. https://doi.org/10.1088/1674-4926/33/4/042002
  31. Lee C.H., Choi M.S. // Thin Solid Films. 2016. V. 605. P. 157.
  32. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2015.09.050
  33. Tan S.T., Chen B.J., Sun X.W. et al. // J. Appl. Phys. 2005. V. 98. № 1.
  34. https://doi.org/10.1063/1.1940137
  35. Wix G., Viri I., Sagan P. et al. // Nanoscale Res. Lett. 2017. V. 12. № 1. P. 0.
  36. https://doi.org/10.1186/s11671-017-2033-9
  37. Aggarwal R., Zhou H., Jin C. et al. // J. Appl. Phys. 2010. V. 107. № 11. P. 3.
  38. https://doi.org/10.1063/1.3406260
  39. Socol G., Craciun D., Mihailescu I.N. et al. // Thin Solid Films. 2011. V. 520. № 4. P. 1274.
  40. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2011.04.196
  41. Liu Y., Lian J. // Appl. Surf. Sci. 2007. V. 253. № 7. P. 3727.
  42. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2006.08.012
  43. Wu T.Y., Huang Y.S., Hu S.Y. et al. // Solid State Commun. 2016. V. 237–238. P. 1.
  44. https://doi.org/10.1016/j.ssc.2016.03.015
  45. Ohgaki T., Kawamura Y., Kuroda T. et al. // Key Eng. Mater. 2003. V. 248. P. 91.
  46. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/kem.248.91
  47. Bhaehu D.S., Sankar G., Parkin I.P. // Chem. Mater. 2012. V. 24. № 24. P. 4704.
  48. https://doi.org/10.1021/cm302913b
  49. Jiamprasertkoon A., Powell M.J., Dixon S.C. et al. // J. Mater. Chem. A. 2018. V. 6. № 26. P. 12682.
  50. https://doi.org/10.1039/c8ta014206
  51. Chen S., Noor N., Parkin I.P. et al. // J. Mater. Chem. A. 2014. V. 2. № 40. P. 17174.
  52. https://doi.org/10.1039/c4ta038887
  53. Мокрушин А.С., Дмитриева С.А., Горбань Ю.М. и др. // Журн. неорган. химии. 2025. Т. 70. № 4. С. 624.
  54. https://doi.org/10.31857/S0044457X2504047
  55. Claros M., Seika M., Jimenez Y.P. et al. // Nanomaterials. 2020. V. 10. № 3. P. 1.
  56. https://doi.org/10.3390/nano10030471
  57. Powell M.J., Potter D.B., Wilson R.L. et al. // Mater. Des. 2017. V. 129. P. 116.
  58. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2017.05.017
  59. Vallejos S., Piztrová N., Čechal J. et al. // J. Vis. Exp. 2017. V. 2017. № 127. P. 1.
  60. https://doi.org/10.3791/56127
  61. Ma T. // Mater. Sci. Semiconduct. Process. 2021. V. 121. P. 105413.
  62. https://doi.org/10.1016/j.mssp.2020.105413
  63. Daraz U., Ansari T.M., Arain S.A. et al. // Main Group Met. Chem. 2022. V. 45. № 1. P. 178.
  64. https://doi.org/10.1515/mgnc-2022-0017
  65. Shujah T., Butt A., Ikram M. et al. // Dig. J. Nanometer. Biostructures. 2016. V. 11. № 3. P. 891.
  66. Noh M.F.M., Soh M.F., Teh C.H. et al. // Sol. Energy. 2017. V. 158. P. 474.
  67. https://doi.org/10.1016/j.solencr.2017.09.048
  68. Sánchez-Martín S., Olatzola S.M., Castaño E. et al. // RSC Adv. 2021. V. 11. № 30. P. 18493.
  69. https://doi.org/10.1039/d1ra03251h
  70. Selvaraj B., Balaguru Rayappan J.B., Jayanth Babu K. // Mater. Sci. Semicond. Process. 2020. V. 112. P. 105006. https://doi.org/10.1016/j.mssp.2020.105006
  71. Du H., Yang W., Yi W. et al. // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2020. V. 12. № 20. P. 23084. https://doi.org/10.1021/acsami.0603498
  72. Hijri M., Bahanan F., Aida M.S. et al. // J. Inorg. Organomet. Polym. Mater. 2020. V. 30. № 10. P. 4063. https://doi.org/10.1007/s10904-020-01553-2
  73. Мокрушин А.С., Горбань Ю.М., Нагорнова И.А. и др. // Журн. неорган. химии. 2022. Т. 67. № 12. С. 1891. https://doi.org/10.31857/s0044457x22601250
  74. Wang M., Zhu Y., Luo Q. et al. // Appl. Surf. Sci. 2021. V. 566. P. 150750. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2021.150750
  75. Mokrushin A.S., Nagornov I.A., Gorban Y.M. et al. // J. Alloys Compd. 2024. V. 1009. P. 176856. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2024.176856
  76. Mokrushin A.S., Nagornov I.A., Averin A.A. et al. // Chemosensors. 2023. V. 11. № 2. P. 142. https://doi.org/10.3390/chemosensors11020142
  77. Vallejos S., Pizurova N., Grácia I. et al. // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2016. V. 8. № 48. P. 33335. https://doi.org/10.1021/acsami.6612992
  78. Khan A. // J. Pakistan Mater. Soc. 2010. V. 4. № 1. P. 5.
  79. Krysova H., Mansfeldova V., Tarabkova H. et al. // J. Solid State Electrochem. 2024. V. 28. № 8. P. 2531. https://doi.org/10.1007/s10008-023-05766-6
  80. Hou X., Choy K.L. // Chem. Vap. Deposition. 2006. V. 12. № 10. P. 583. https://doi.org/10.1002/cvde.200600033
  81. Choy K.L. // Prog. Mater. Sci. 2003. V. 48. № 2. P. 57. https://doi.org/10.1016/S0079-6425(01)00009-3
  82. Mokrushin A.S., Simonenko T.L., Simonenko N.P. et al. // J. Alloys Compd. 2021. V. 868. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2021.159090
  83. Wongrat E., Chanlek N., Chucalarrom C. et al. // Ceram. Int. 2017. V. 43. № May. P. S557. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2017.05.296
  84. Heiland G., Kohl D. // Physical and Chemical Aspects of Oxidic Semiconductor Gas Sensors, Kodansha Ltd, 1988. https://doi.org/10.1016/b978-0-444-98901-7.50007-5
  85. Hsu C.L., Chang L.F., Hsueh T.J. // Sens. Actuators, B: Chem. 2017. V. 249. P. 265. https://doi.org/10.1016/j.snb.2017.04.083

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025