EFFECT OF THICKNESS OF ULTRA-THIN TIN OXIDE FILM BASED GAS SENSORS*
V. Bukauskas^a, A. Olekas^a, D. Senulienė^a, V. Strazdienė^a, A. Šetkus^a, S. Kačiulis^b, and L. Pandolfi^b
aSemiconductor Physics Institute, A. Goštauto 11, LT-01108 Vilnius, Lithuania
E-mail: virgis@pfi.lt
^bInstitute for the Study of Nanostructured Materials (ISMN-CNR), P.O. Box 10, I-00016 Monterotondo Stazione, Roma, Italy

Received 28 September 2007; revised 15 October 2007; accepted 21 November 2007

Ultra-thin tin oxide films (of 1–40 nm thickness) for gas sensing were grown by dc-magnetron sputtering. Stoichiometric and stable SnO films were characterized by unexpected dependence of the clean air resistance and the resistance response to H₂, NO₂ gases on the average thickness of the film. The response to gas significantly increased in the extremely thin films. The rate of the sensor response to gas was independent of the thickness. The morphology and chemical composition of the films was analysed by scanning probe microscopy (SPM) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The mechanism of the thickness effect on the sensor properties is discussed within the context of development of the part per billion-sensitive miniaturized sensors.

Keywords: gas sensors, metal oxide, resistance response, thickness effect, morphology

LABAI PLONŲ ALAVO OKSIDO SLUOKSNIŲ STORIO ĮTAKA DUJŲ JUTIKLIŲ PARAMETRAMS
V. Bukauskas^a, A. Olekas^a, D. Senulienė^a, V. Strazdienė^a, A. Šetkus^a, S. Kačiulis^b, L. Pandolfi^b
aPuslaidininkių fizikos institutas, Vilnius, Lietuva
^bNanosandaros medžiagų tyrimo institutas, Monterotondo Stacione, Roma, Italija

Magnetroninio dulkinimo būdu užaugintų plonų (1–40 nm storio) H₂ ir NO₂ dujoms jautrių alavo oksido sluoksnių pagrindu pagamintos kelios serijos skirtingų jutiklių. Jutikliai skyrėsi vien tik alavo oksido sluoksnio storiu. Jutiklių parametrai (elektrinė varža švariame ore, varžos atsakas į dujas ir atsako laikas) buvo matuojami juos patalpinus kameroje su valdoma atmosfera. Savo stacionariais parametrais labiausiai išsiskyrė jutikliai su 4–6 nm storio SnO_x sluoksniais, o dinaminiai parametrai nepriklausė nuo dujoms jautraus sluoksnio storio. Jutiklio parametrų pokyčiai atitiko SnO_x sluoksnių morfologijos kitimą (ypatingai lygumą). Sluoksnių morfologijai ir cheminei sudėčiai tirti panaudoti skenuojančio zondo mikroskopas (SZM) ir Rentgeno fotoelektronų spektroskopas. Tyrimų rezultatai rodo, kad ploniems (<100 nm) metalų oksidų sluoksniams dujų difuzijos į gylį modelis netinka. Rezultatai paaiškinami elektrinės srovės kanalų tinklo kitimu esant skirtingam sluoksnių storiui.