ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДАТЧИКИ ДИОКСИДА АЗОТА НА ОСНОВЕ КОМПОЗИЦИИ In2O3–Ga2O3–WO3

Изучены газочувствительные свойства оксидной композиции In2O3–Ga2O3–WO3, приготовленной золь-гель методом, с содержанием оксидов вольфрама 5 и галлия 4 мас.%. Установлено, что добавление оксида вольфрама приводит к существенному возрастанию чувствительности композиции In2O3–Ga2O3 (4 мас. %) к диоксиду азота. Методами рентгенофазового анализа и спектроскопии комбинационного рассеяния изучены структурные особенности исследованной композиции. Установлено, что совместная термическая обработка золей In2O3, Ga2O3, WO3 приводит к формированию гетерогенного двухфазного материала, содержащего фазы твердого раствора (In, Ga)2O3 и моноклинного WO3. По данным РФА, рост размера зерен WO3 и In2O3 при термической обработке в смешанной композиции In2O3–WO3 замедляется по сравнению с индивидуальными оксидами. Предполагается, что существенное увеличение чувствительности к низким концентрациям диоксида азота композиции, содержащей добавку WO3, может быть связано с наличием многозарядных адсорбционных центров (W4+, W5+, W6+), а также с усложнением (по данным ЭПР) дефектной структуры двойной In2O3–WO3 и тройной In2O3–Ga2O3–WO3 композиции по сравнению с исходными оксидами. Изготовлены одноэлектродные полупроводниковые датчики диоксида азота с низким порогом детектирования (<< 1 ppm) и низким энергопотреблением. Сенсорный отклик газовых датчиков на основе композиции In2O3–Ga2O3 (4 мас. %) – WO3 (5 мас. %) к газовым смесям, содержащим 10 ppm NO2 в воздухе, имеет выраженный максимум при мощностях 80–90 мВт.

1. Korotchenkov, G. Practical aspects in design of one-electrode semiconductorgas sensors: Status report / G. Korotchenkov // Sens. and Actuators B. Сhem. – 2007. – Vol. 121, N. 2. – P. 664–678. DOI: 10.1016/j.snb.2006.04.092

2. Williams, D. E. Semiconducting oxides as gas-sensitive resistors / D. E. Williams // Sens. Actuators B. Chem. – 1999. – Vol. 57. – P. 1 –16. DOI: 10.1016/s0925-4005(99)00133-1

3. Исаев, Л. Газоанализаторы для контроля атмосферного воздуха и промышленных выбросов / Л. Исаев, В. Челибанов // Электроника: наука, технология, бизнес. – 2008. – № 1. – С. 34 – 39.

4. Обвинцева, Л. А. Полупроводниковые металлооксидные сенсоры для определения химически активных газовых примесей в воздушной среде / Л. А. Обвинцева // Рос. хим. журн. – 2008. – Т. LII, № 2. – С. 118–121. DOI: 10.1134/ s1070363208120347

5. Датчик диоксида азота: пат. 1054 Респ. Беларусь, МПК G01N 27/407 / И. А. Таратын, Ю. С. Гайдук, В. Г. Крайко, М. С. Кременевская; дата публ. 30.10.2014.

6. Гайдук, Ю. С. Физико-химические свойства газочувствительной оксидной композиции WO3–In2O3, полученной золь-гель методом / Ю. С. Гайдук, В. А. Ломоносов, А. А. Савицкий // Вестник БГУ. Сер. 2. – 2016. – № 3 – C. 36–44.

7. Кричмар, С. И. Простой способ получения калибровочных газовых смесей / С. И. Кричмар, В. М. Безпальченко, А. А. Мишекин // Зав. лаб. Диагностика материалов. – 2008. – Т. 74, № 1. – С. 21–22.

8. Одноэлектродные газовые датчики на основе композиции WO3–In2O3 / Ю. С. Гайдук [и др.] // Приборостроение–2016: материалы 9-й Междунар. конф., Минск, 23–25 ноября 2016 г. / Белорус. нац. техн. ун-т; под ред. O. K. Гусева [и др.]. – Минск, 2016. – Т. 1. – С. 44–45.

9. Ross-Medgaarden, E. I. Structural Determination of Bulk and Surface Tungsten Oxides with UV-vis Diffuse Reflectance Spectroscopy and Raman Spectroscopy / E. I. Ross-Medgaarden, I. E. Wachs // J. Phys. Chem. C. – 2007. – Vol. 111, N. 41. – P. 15089–15099. DOI: 10.1021/jp074219c

10. Structure deformation of indium oxide from nanoparticles into nanostructured polycrystalline films by in situ thermal radiation treatment / S. K. Chong [at al.] // Nanoscale Res. Lett. – 2013. – Vol. 8, № 1. – P. 428. DOI:10.1186/1556276X-8-428

11. Влияние добавки Fe2O3 на газочувствительные свойства оксидной композиции In2O3–Ga2O3 / Ю. С. Гайдук [и др.] // Вес. Нац. акад. навук Беларусі. Сер. хім. навук. – 2014. – № 2. – С. 10–14.

12. Химические сенсоры на основе смешанной композиции оксидов индия, галлия и цинка, чувствительные к диоксиду азота / Ю. С. Гайдук [и др.] // Вестник БГУ. Сер. 2. – 2015. – № 3. – С. 8–12.

13. Influence of the annealing and operating temperatures on the gas-sensing properties of rf sputtered WO3 thin–film sensors/ M. Stankova [at al.] // Sens. Actuators B: Chem. – 2005. – Vol. 105, N. 2. – P. 271–277. DOI: 10.1016/j.snb.2004.06.009

14. Highly sensitive NO2 sensor based on square–like tungsten oxide prepared with hydrothermal treatment / L. You [at al.] // Sens. Actuators B: Chem. – 2011. – Vol. 157, N. 2. – P. 401–407. DOI: 10.1016/j.snb.2011.04.071

15. Rodriguez, J. A. Chemical properties of bimetallic surfaces: the reaction of O2 and NO2 with Zn on Ru (001) / J. A. Rodriguez // J. Phys. Chem. – 1993. – Vol. 97, № 24. – P. 6509–6517. DOI: 10.1021/j100126a029