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. https://doi.org/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. https://doi.org/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. https://doi.org/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. https://doi.org/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. https://doi.org/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. https://doi.org/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. https://doi.org/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. https://doi.org/10.1021/j100126a029