Чувствительность к метану нанокомпозитных слоев SnO2(Ag) после импульсного лазерного облучения

This paper reports on the gas sensitivity of SnO2(Ag) layers, consequently formed by magnetron sputtering of Sn + Ag target, oxidation of Sn0.65Ag0.35 layers at the temperature of 650 °С within 30 min and modified by laser radiation pulses at energy density of W = 1.5–3.2 J/cm2. Using transmission electron microscopy and transmission electron diffraction it was found, that Sn0.65Ag0.35 and SnO2(Ag) layers are nanocomposite with average grain size of 100–150 nm. Sn0.65Ag0.35 and SnO2(Ag) layers contain grains of the following phase composition: a tetragonal β-Sn with an orthorhombic Ag3Sn (Sn0.65Ag0.35, magnetron sputtering) and a tetragonal SnO2 (cassiterite) with a face-centered cubic Ag structure (SnO2(Ag), thermal oxidation). The sensitivity of SnO2(Ag) layers with respect to 2000–20 000 ppm methane in the air was obtained from sensitivity S measurements at T = 200–360 °C. It is shown that pulsed laser annealing of SnO2(Ag) layers results in up to 12 % increase of sensitivity of SnO2(Ag) layers to methane in comparison with the initial SnO2(Ag) layers. Исследованы газочувствительные свойства слоев SnO2(Ag), полученных последовательным магнетронным распылением мишени Sn + Ag, окислением слоев Sn0,65Ag0,35 при температуре 650 °С в течение 30 мин и модифицированных импульсами лазерного излучения с плотностью энергии W = 1,5–3,2 Дж/см2. Методами просвечивающей электронной микроскопии и просвечивающей электронной дифракции установлено, что слои Sn0,65Ag0,35 и SnO2(Ag) являются нанокомпозитными со средним размером зерен 100–150 нм. В зависимости от режимов их получения слои содержат зерна с фазовым составом: тетрагональная фаза β-Sn с орторомбической фазой Ag3Sn (Sn0,65Ag0,35, магнетронное распыление) и тетрагональная фаза SnO2 (касситерит) с гранецентрированной кубической структурой Ag (SnO2(Ag), термическое окисление). Чувствительность S слоев SnO2(Ag) к метану определялась при T = 200–360 °C в атмосфере воздуха с содержанием метана в диапазоне CCH4 = 2000–20 000 ppm. Показано, что импульсная лазерная обработка приводит к увеличению чувствительности S слоев SnO2(Ag) к метану до 12 % по сравнению с исходными слоями SnO2(Ag).

Формирование SiC методом вакуумной карбидизации на пористом кремнии

Planar-view TEM investigation revealed the formation of cubic silicon carbide layers on porous silicon by vacuum carbidization. The formation of cubic silicon layers in the form of a two-phase system was found. At the same time, the formed SiC layers on the mesoporous buffer layer are predominantly polycrystalline. Using the Rutherford backscattering method, it was found that the use of buffer layers of porous silicon makes it possible to obtain SiC layers of greater thickness than on a pure silicon substrate under similar conditions of vacuum carbidization. It is shown that an increase in the pore size in porous silicon layers leads to an increase in the thickness of the formed SiC layers. It has been shown by scanning electron microscopy that vacuum carbideization of porous silicon leads to formation of SiC grains in pores, partial overgrowth and sintering of pores. The dependence of the SiC grain size on the pore size was established.Методами просвечивающей электронной микроскопии установлено, что вакуумная карбидизация пористого кремния при 1100 °C приводит к формированию слоев кубического карбида кремния. Обнаружено формирование слоев кубического SiC в виде двухфазной системы. При этом сформированные слои SiC на мезопористом буферном слое являются преимущественно поликристаллическими. Методом резерфордовского обратного рассеяния установлено, что использование буферных слоев пористого кремния позволяет получать слои SiC большей толщины, чем на чистой кремниевой подложке при аналогичных условиях вакуумной карбидизации. Показано, что увеличение размера пор в слоях пористого кремния приводит к увеличению толщины формируемых слоев SiC. С помощью метода растровой электронной микроскопии показано, что вакуумная карбидизация пористого кремния приводит к формированию зерен SiC в порах, частичному зарастанию и спеканию пор. Установлена зависимость размера зерен SiC от размера пор.