氧在氧化物半导体二元表面的吸附与解吸

摘要

研究了在20°C至350°C的不同温度下，氧气等温吸附后二元半导体层的再生。所使用的样品是在玻璃衬底上真空蒸发得到的CdSe层、ZnO和SnO2氧化层。这些最后的生长是通过Zn和Sn层分别在450°C和200°C的温度下在O2气体下氧化。所考虑的金属层是通过玻璃、氧化铝和金属基板上的真空蒸发技术，以及在各种性质的金属基板(铜、铝、钢……)上的电沉积技术制备的。实验结果表明，在氧气吸附过程中，样品表面两点之间的电阻随温度和样品性质的变化而变化。CdSe和ZnO层在200℃左右的高温下对氧有较强的吸附，而SnO2在较低温度下对O2的最大吸附速率。在相同的吸附温度下进行的等温解吸表明，该层可以再生，但需要较长的时间。在选定的温度下，在O2下再加热的层对这种元素不太敏感。完全再生证明了氧与表面相互作用的可逆性，并说明了材料的稳定性

关键字

吸附，电导，解吸，氧合，半导体表面。

简介

CdSe和ZnO层在200℃左右高温下对氧有较强的吸附，而O₂由SnO₂在较低的温度下获得。在相同的吸附温度下进行的等温解吸表明，该层可以再生，但需要较长的时间。在不足的情况下，样品在温度下进行解吸程序，以相对较慢的速度(3°C/mn)扫掠温度，这允许解吸能量的差异贡献。曲线S (T) = d Log R / d (10^3./ T)。在O₂在选定的温度下，植物对这种元素不那么敏感。全再生反映了氧与表面相互作用反应的可逆性质，反映了材料的稳定性。为了在中期生产气体传感器，使用薄层作为吸附材料显得很有趣，薄层的特定表面比具有相同表面的单晶的表面重要得多，应该赋予表面层对气体强化学吸附的传导更好的灵敏度[1，2，3.，4，5]。

理论

在简单的例子中，我们可以说，当气体被固定在半导体表面时，在材料的禁带中引入了一种表面态，这种表面态可以扮演电子的受体或供体的角色:如果它是受体，则表面带负电荷，而如果它是供体，则表面带正电荷。这种表面电荷必须在半导体表面下由一个相反符号的空间电荷区来补偿，其性质(积聚，贫化)取决于类型n或者说半导体的p。空间电荷改变了固体表面区域的电导，从而改变了半导体板的总电阻。注意该类型半导体的单晶层电阻的相对变化n由:

在R₀初始电阻q是电子电荷μ_n电子的迁移率变化K层的尺寸常数在等温吸附和解吸过程中，随时间变化，直到两种情况下达到电子平衡。然后，我们将电阻随温度和时间的变化作为气体相互作用的参数。

结果及讨论

曲线图(1)、(2)而且（3）对于等温吸附/解吸(即在相同温度下)表明，一般解吸是不完全的。有一些温度值有利于解吸。它们所产生的能量对应于电离吸附物种在最大密度下解吸所需的能量。但是高密度的吸附质可以被这些能量解吸。

曲线图(4)、(5)结果表明，在一定的温度范围内，样品对氧的敏感性是有利的。ZnO层在200℃左右高温下对氧有较强的吸附，而O₂在SnO₂在较低的温度下获得。

结论

在本工作中，我们发现在不同条件下制备的层具有a的行为n型半导体。我们还表明，在室温下，ZnO和SnO2沉积在玻璃基板上的电阻(M Ω)和CdSe的电阻(GΩ)都很高，并且随着温度的变化而显著变化。这些样品在室温到350°C的温度范围内对氧气的存在很敏感。试验表明，在吸附氧气的情况下，在不同类型的样品中，电离吸附这种气体引起的电阻温度依赖性变化较大。此外，我们发现温度对应的最大变化，因为那些与表面与氧的高反应性有关，这些状态被激活到与这种类型的气体相互作用所需的能量。

参考文献

1. H温迪希曼，P Markj。薄膜SnO x电导调制一氧化碳传感器的工作模型。电化学学报。126,N°4,627-633,1979。
2. SR莫里森。半导体气体传感器。传感器和执行器。1982-1983;2:329 -341。
3. F拉乌尔定律。博士论文Es。法国雷恩第一科学大学，1987年。
4. B福丁。博士论文Es。法国雷恩第一科学大学，1987年。
5. Th。Wolkenstein，《半导体表面的物理化学》，莫斯科米尔出版社(法语译本)，1977。