Исследование влияния поверхностного электрического поля на энергию взаимодействия молекул газа с поверхностью газочувствительного оксидного материала Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

Известия ТРТУ

Специальный выпуск

Снижение величины соотношения Бп/Л§ при температуре отжига 873К, говорит о том, что оксиды олова кристаллизуются при более низких, а оксиды серебра при более высоких температурах отжига.

УДК 539.217.5

В.В. Петров

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПОВЕРХНОСТНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ НА ЭНЕРГИЮ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ МОЛЕКУЛ ГАЗА С ПОВЕРХНОСТЬЮ ГАЗОЧУВСТВИТЕЛЬНОГО ОКСИДНОГО

МАТЕРИАЛА

Работа полупроводниковых сенсоров газа основывается на реакциях взаимодействия анализируемых молекул (СО, N0^ КН3, Н28, С2Н5ОН) с поверхностью пленочного газочувствительного материала (ГЧМ). Механизм поверхностных реакций во многом еще не исследован. В данной работе показано влияние поверхностного электрического поля на энергию взаимодействия молекул газов с поверхностью оксидных ГЧМ.

, -ционные центры: адсорбированные ОН-^ группы и ионы 02" (при Т= 50-2500С),

и ионы атомарного кислорода О2- и О- (при Т=250-400°С), которые создают на поверхности сильное электрическое поле Е величиной (1-7)*107В/см. Молекулы газа

,

и заряженным адсорбционным центром раа можно оценить с помощью выражения

е ■ V -а О = - N---------------—

а 2 ’

где е - заряд электрона; V - валентность иона адсорбента; ц - дипольный момент молекулы адсорбата; 20 - равновесное расстояние, равное сумме Ван-дер-ваальсовых радиусов молекул адсорбата и иона адсорбента; N3 - число Авогадро.

Поверхностное электрическое поле индуцирует в молекулах газа дополнительный дипольный момент [хи=а*Е, что приводит к увеличению энергии взаимодействия адсорбат - адсорбент Оаа . В таблице представлены некоторые параметры молекул газов и результаты расчетов.

Молекула СО да2 NHз С2Н50Н

ц, Б 0,119 0,29 - 0,33 1,44 - 1,53 0,93 - 1,1 1,63 - 1,7

Радиус молекулы, нм 0.333 0.319 0.307 0.339 0.405

Поляризуемость, а, см3 х10-24 2.0 ~ 1.8 2.4 3.6 5.6

-Оаа, кДж/мОЛЬ 12,1 31 - 35 161 - 171 92 - 109 128 - 134

ци при Е=3*107В/см, Б 0,2 0,18 0,24 0,34 0,56

- °аа кДж/моль 34 52 - 56 196 - 206 134 - 151 182 - 188

Секция химии и экологии

Из таблицы видно, что для молекул H2S и C2H5OH, обладающих максимальной поляризуемостью, энергия взаимодействия адсорбат-адсорбент Qaa увеличивается на 35-40% (до 134-206 кДж/моль). Это может привести к диссоциации молекул газа и (или) активировать разрыв связей между заряженным адсорбционным центром и поверхностью оксидного ГЧМ.

УДК 546.814-31

Н.К. Плуготаренко, В.В. Петров

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФРАКТАЛЬНОЙ РАЗМЕРНОСТИ СИСТЕМ ПРИ ФОРМИРОВАНИИ ТОНКИХ ПЛЕНОК

Для идентификации систем, характеризующихся чрезвычайно сложным хаотическим, но вместе с тем детерминированным поведением, с позиций теории самоорганизации используется фрактальная размерность D соответствующего ат.

Согласно метода вложения Такенса поведение системы может быть расшифровано по любой динамической или пространственной характеристике.

В данной работе в качестве такой характеристики была выбрана функция распределения высоты профиля образцов поверхности тонких пленок состава SiOx-SnOy, полученных золь-гель методом. Исследование структуры проводили на сканирующем зондовом микроскопе Solver P47, исходя из соображений, что поверхность является «замороженным» мгновенным снимком динамической картины процесса формирования материала. Анализ поверхности проводился с использованием программы Image Analysis.

В результате обработки данных по алгоритму Грассбергера-Прокачиа был получен ряд зависимостей D= f(ln r) для различных температур отжига пленок. Типичная зависимость представлена на рис. 1.

Ьп (г)

Рис.1. Зависимость Б=/(1п г) для образцов пленок, сформированных при 120 °

На всех зависимостях отмечались характерные признаки детерминированного хаоса в распределенных системах:

♦ наличие линейного участка в определенном интервале некоторой заданной величины г;