Abstract
The aim of this work is development of technique for synthesis of tin oxides films with various stoichiometric composition, characterized by high electrical conductivity and light transmittance in the UV and visible range of the electromagnetic spectrum, for their further application as humidity and gas sensors, as well as electrodes for electro-and photocatalytic converters.Nonstoichiometric SnO/SnO2 /SnO2−δ films were synthesized by reactive magnetron sputtering of tin onto glass substrates in argon plasma with oxygen addition and with subsequent thermal oxidation of the formed layers in air. To change the structural, optical, and electrical properties of the films and to find out the optimal synthesis parameters, the oxygen content during the deposition process and the annealing temperature in air were varied in the range of 0–2 vol. % and of 200–450 °C, respectively. The characterization of the films was carried out using a 4-probe method for measuring the electrical resistance, X-ray diffraction, and optical spectroscopy of light transmission.As a result of a comprehensive analysis of the structural, optical and electrical properties of the films, it was found that the optimal synthesis parameters to obtain the most transparent and conductive coatings promising for use as humidity, gas sensors and in photovoltaic devices are the following: oxygen content in argon plasma during sputtering process is ≈ 0,8–1,2 vol. %, the annealing temperature in air is ≈ 350–375 °C. In this case a polycrystalline film with high electrical conductivity and high transmittance in the visible and UV regions of the electromagnetic spectrum with prevailing of tin dioxide phase with structural defects (oxygen vacancies) is formed.
Highlights
Перспективность изучения прозрачных проводящих металлооксидных полупроводников обуславливается возможностью их практического применения в современной электронике и оптоэлектронике для создания гибких дисплеев, сенсорных панелей, прозрачных проводящих покрытий, энергосберегающих окон и др. [1]
SnO2−δ films were synthesized by reactive magnetron sputtering of tin
the annealing temperature in air were varied in the range of 0–2 vol
Summary
Предлагаемая в настоящей работе методика, позволяющая синтезировать пленки оксидов олова смешанного состава (SnO/SnO2), состоит из нескольких этапов: 1) реактивное магнетронное напыление тонкой пленки, состоящей из металлического олова и оксидов олова; 2) проведение окислительного отжига на воздухе. Это позволяет уменьшить распыление атомов с поверхности растущей пленки, однако особенностью функционирования данной системы является ее требовательность к чистоте рабочего газа, который из-за расположения плазмы вне центра мишени большее время взаимодействует с распыляемым материалом. Изменение и контроль температуры и времени окисления пленок позволяет воспроизводимо варьировать содержание кислорода в системе Sn–O (степень нестехиометричности по кислороду), так как в процессе окисления проходят все возможные фазовые превращения от металлического олова до высших оксидов с различной степенью дефектности по стехиометрическому составу [33]. Регистрация оптических спектров пропускания и отражения пленок, нанесенных на стеклянные подложки, проводилась с использованием спектрофотометра PHOTON RT в спектральном диапазоне 200–3000 нм. Данная методика применяется при условии слабого поглощения тонкой пленкой и высокой прозрачности подложки, толщина которой намного больше толщины пленки. Ширина запрещенной зоны может быть получена посредством линейной аппроксимации края полосы пропускания на графике зависимости (αhν) от энергии фотона (hν). Рентгеноструктурный анализ пленок диоксида олова проведен с помощью рентгеновского дифрактометра Ultima IV RIGAKU в конфигурации параллельного пучка с использованием монохроматизированного медного излучения CuKα (0,15406 нм) и высокоскоростного рентгеновского детектора D/teX
Sign-in/Register to view highlights & summary Sign-in/Register to access full text options 
Free) 
Talk to us
Join us for a 30 min session where you can share your feedback and ask us any queries you have
Schedule a call
