ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ ЛАЗЕРНОГО СИНТЕЗА НА ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛОКСИДНЫХ НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНОК

А. Н. Шатохин, Ф. Н. Путилин, А. С. Рыжиков, М. Н. Румянцева, А. М. Гаськов

Химический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова

кафедра лазерной химии, кафедра неорганической химии

Целью данной работы являлось развитие и совершенствование методов лазерной абляции для синтеза полупроводниковых нанокристаллических пленок на основе диоксида олова, одно из примененений которых, связанное с изменением электропроводности в различных газовых фазах – высокочувствительные резистивные сенсоры газоанализаторов и других устройств газового контроля.

В рамках решения этой задачи изучены процессы лазерной абляции металлов в вакууме (М - Sn,Cu, Pd, Pt ) в зависимости от интенсивности излучения импульсного Kr-F лазера, исследовано её влияние на скорость роста пленок на подложках, определены пороги генерации плазмы. В результате проведенных экспериментов по зондированию плазмы получены трехмерные спектры плотностей распределения зарядов ионов по кинетическим энергиям и времени, найдены оптимальные для синтеза пленок значения интенсивностей излучения лазера, при которых в плазме отсутствуют ионизированные кластеры М_N и минимизировано отношение М^N+ / М⁺ многозарядных ионов к однозарядным.

Методом лазерной абляции металлов с последующим термическим отжигом в контролируемых условиях температуры и газовой атмосферы на различных диэлектрических подложках получены поликристаллические пленки SnO₂ и SnO₂(Cu), тем же методом осуществлено их легирование палладием или платиной.

Сенсорные свойства полученных пленок SnO₂, SnO₂(Cu), SnO₂(Pd), SnO₂(Pt) и SnO₂(Cu,Pd), определяемые отношением электропроводностей в газовой фазе и воздухе, исследованы в смесях водорода с воздухом (20-2000 ppm) в температурном интервале 100^о-380^оС. Определены оптимальные параметры легирования для детектирования водорода: поверхностные концентрации платины и палладия на пленках SnO₂, SnO₂(Cu) и плотность потока энергии (интенсивность) излучения Kr-F лазера на платиновой и палладиевой мишенях. При легировании палладием достигается увеличение чувствительности к водороду SnO₂(Pd) / SnO₂ в ~10 раз, SnO₂(Cu,Pd) / SnO₂ - в ~100 раз, платиной - SnO₂(Pt) / SnO₂ - в ~ 150 раз, что является перспективным для создания высокочувствительных газовых сенсоров.