mateltechИзвестия высших учебных заведений. Материалы электронной техникиIzvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Materialy Elektronnoi Tekhniki = Materials of Electronics Engineering1609-35772413-6387MISIS10.17073/1609-3577-2014-2-128-133mateltech-133Research ArticleНаноматериалы и нанотехнологииNANOMATERIALS AND NANOTECHNOLOGYНАНОЧАСТИЦЫ ОКСИДОВ МЕТАЛЛОВ, ПОЛУЧЕННЫЕ НА ПОДЛОЖКАХ ПОРИСТОГО КРЕМНИЯNanoparticles of Metal Oxides Obtained on Porous Silicon SubstratesКононоваИ. Е.KononovaI. E.

канд. физ.−мат. наук, доцент 

Cand. Sci. (Phys.– Math.), Associate Professor  

IEGrachova@mail.ruЛеньшинА. С.LenshinA. S.

канд. физ.−мат. наук, научный сотрудник

Cand. Sci. (Phys.–Math.), Researcher 

lenshinas@mail.ruАньчковМ. Г.An’chkovM. G.

аспирант 

Postgraduate Student 

qwer.neo@gmail.comМошниковВ. А.MoshnikovV. A.

доктор физ.−мат. наук, профессор

Dr. Sci. (Phys.–Math.), Professor  

VAMoshnikov@mail.ruСанкт–Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ», ул. проф. Попова, д. 5, Санкт–Петербург, 197376, РоссияРоссияSaint–Petersburg Electrotechnical University LETI, 5 Professora Popova Str., Saint–Petersburg 197376, RussiaRussian FederationВоронежский государственный университет, Университетская пл., д. 1, Воронеж, 394006, РоссияРоссияVoronezh State University, 1 University Sq., Voronezh 394006, RussiaRussian Federation20142506201502128133Copyright © Кононова И.Е., Леньшин А.С., Аньчков М.Г., Мошников В.А., 20152015Кононова И.Е., Леньшин А.С., Аньчков М.Г., Мошников В.А.Kononova I.E., Lenshin A.S., An’chkov M.G., Moshnikov V.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://met.misis.ru/jour/article/view/133

Из золей в микрообъемах пористого кремния получены оксиды олова, железа и никеля. Морфология образцов изучена с помощью атомно−силовой микроскопии. Поперечные срезы пористого кремния исследованы с помощью метода сканирующей электронной микроскопии. Электрические свойства изучены методом спектроскопии импеданса в условиях изменения газовой среды и температуры детектирования газов−реагентов. В полулогарифмических координатах построены зависимости реальных и мнимых компонент комплексного сопротивления. Для обработки экспериментальных данных импеданса использован метод комплексной плоскости. Годографы импеданса проанализированы с помощью программ, написанных в среде LabVIEW. Экспериментальные данные спектроскопии импеданса интерпретированы в терминах «эквивалентной электрической схемы». Для описания резистивно− емкостных свойств нанокомпозиционных материалов в эквивалентной схеме использован элемент постоянной фазы. Рассчитано характеристическое время накопления заряда в атмосфере воздуха и в присутствии восстанавливающих газов. Значения чувствительности к восстанавливающим газам при температуре детектирования 300 °С в диапазоне частот от 1 Гц до 500 кГц рассчитаны двумя способами по реальной и мнимой компонентам комплексного сопротивления. Сопоставлены сенсорные характеристики металлооксидных пленок, полученных на подложках монокристаллического и пористого кремния, а также на стеклянных подложках. 

Tin, iron and nickel oxides were prepared in micro porous silicon from sols. The morphology of the samples was studied using atomic force microscopy. The сross−sections of porous silicon were investigated using scanning electron microscopy. The electrical properties were investigated by impedance spectroscopy in a changing environment and temperature of gas detection reagents. The dependencies of real and imaginary components of the complex impedance were constructed in the semi−logarithmic coordinates. The method of complex plane was used for processing the experimental impedance data. Hodographs of impedance were analyzed using programs writteng in the LabVIEW environment. The experimental impedance spectroscopy data were interpreted in terms of «equivalent electrical circuit». Сonstant phase element was used to describe the resistive− capacitive properties of nanocomposite materials in the equivalent electrical circuit. The characteristic charge accumulation time in air and in the presence of reducing gases was calculated. The sensitivity to reducing gases for the real and imaginary components of the complex impedance was calculated using two methods at 300 °C in the frequency range from 1 Hz to 500 kHz. The sensor characteristics of metal oxide films grown on single−crystal substrates, porous silicon and glass substrates were compared. 

металлооксидыпористый кремнийспектроскопия импедансасенсорные характеристики.metal oxidesporous siliconimpedance spectroscopysensor characteristics.ReferencesSun, Yu−Feng. Metal oxide nanostructures and their gas sensing properties: a review / Yu−Feng Sun, Shao−Bo Liu, Fan−Li Meng, Jin−Yun Liu, Zhen Jin, Ling−Tao Kong, Jin−Huai Liu // Sensors. − 2012. − V. 12, N 3. − Р. 2610—2631.Sun, Yu−Feng. Metal oxide nanostructures and their gas sensing properties: a review / Yu−Feng Sun, Shao−Bo Liu, Fan−Li Meng, Jin−Yun Liu, Zhen Jin, Ling−Tao Kong, Jin−Huai Liu // Sensors. − 2012. − V. 12, N 3. − Р. 2610—2631.Cысоев, В. В. Применение метода нейронных сетей для анализа отклика однокристальной мультисенсорной системы идентификации газов / В. В. Cысоев, В. Ю. Мусатов, А. В. Силаев, А. А. Мащенко, Т. Р. Залялов // Вестн. Сарат. гос. техн. ун−та. − 2007. − No 1(21), вып. 1. − C. 80—87.Cысоев, В. В. Применение метода нейронных сетей для анализа отклика однокристальной мультисенсорной системы идентификации газов / В. В. Cысоев, В. Ю. Мусатов, А. В. Силаев, А. А. Мащенко, Т. Р. Залялов // Вестн. Сарат. гос. техн. ун−та. − 2007. − No 1(21), вып. 1. − C. 80—87.Gracheva,I.E.AFMtechniquesfornanostructuresmaterials usedinoptoelectronicandgassensors/I.E.Gracheva,Yu. M. Spivak, V. A. Moshnikov // IEEE Eurocon−2009. − St. Petersburg, 2009. − P. 1250—1253.Gracheva,I.E.AFMtechniquesfornanostructuresmaterials usedinoptoelectronicandgassensors/I.E.Gracheva,Yu. M. Spivak, V. A. Moshnikov // IEEE Eurocon−2009. − St. Petersburg, 2009. − P. 1250—1253.Грачева,И.Е.Анализгазочувствительныхфрактальных структур на основе диоксида олова методом атомно−силовой микроскопии / И. Е. Грачева, В. А. Мошников // Изв. СПбГЭТУ «ЛЭТИ». − 2008. − No 5. − С. 3—10.Грачева,И.Е.Анализгазочувствительныхфрактальных структур на основе диоксида олова методом атомно−силовой микроскопии / И. Е. Грачева, В. А. Мошников // Изв. СПбГЭТУ «ЛЭТИ». − 2008. − No 5. − С. 3—10.Гареев, К. Г. Получение и анализ порошков−ксерогелей с нанофазой гематита / К. Г. Гареев, И. Е Грачева, В. И. Альмяшев, В. А. Мошников // Изв. СПбГЭТУ «ЛЭТИ». − 2011. − No 5. − С. 26—32.Гареев, К. Г. Получение и анализ порошков−ксерогелей с нанофазой гематита / К. Г. Гареев, И. Е Грачева, В. И. Альмяшев, В. А. Мошников // Изв. СПбГЭТУ «ЛЭТИ». − 2011. − No 5. − С. 26—32.Леньшин, А. С. Исследование удельной поверхности перспективных пористых материалов и наноструктур методом тепловой десорбции азот / А. С. Леньшин, Е. В. Мараева // Изв. СПбГЭТУ «ЛЭТИ». − 2011. − No 6. − С. 9—16.Леньшин, А. С. Исследование удельной поверхности перспективных пористых материалов и наноструктур методом тепловой десорбции азот / А. С. Леньшин, Е. В. Мараева // Изв. СПбГЭТУ «ЛЭТИ». − 2011. − No 6. − С. 9—16.Moshnikov, V. A. Porous silicon with embedded metal oxides for gas sensing applications / V. A. Moshnikov, I. Е. Gracheva, A. S. Lenshin, Y. M. Spivak, M. G. Anchkov, V. V. Kuznetsov, J. M. Olchowik // J. Non−Crystal. Solids. − 2012. − V. 358, N 3. − P. 590—595.Moshnikov, V. A. Porous silicon with embedded metal oxides for gas sensing applications / V. A. Moshnikov, I. Е. Gracheva, A. S. Lenshin, Y. M. Spivak, M. G. Anchkov, V. V. Kuznetsov, J. M. Olchowik // J. Non−Crystal. Solids. − 2012. − V. 358, N 3. − P. 590—595.Kashkarov, V. Electron structure of porous silicon obtained without the use of HF acid / V. Kashkarov, I. Nazarikov, A. Lenshin, V. Terekhov, S. Turishchev, B. Agapov, K. Pankov, E. Domashevskaya // Phisica status solidi C. − 2009. − V. 6, N 7. − P. 1557—1560.Kashkarov, V. Electron structure of porous silicon obtained without the use of HF acid / V. Kashkarov, I. Nazarikov, A. Lenshin, V. Terekhov, S. Turishchev, B. Agapov, K. Pankov, E. Domashevskaya // Phisica status solidi C. − 2009. − V. 6, N 7. − P. 1557—1560.Кашкаров, В. М. Получение нанокомпозитов пористого кремния с железом и кобальтом и исследование их электронного строения методами рентгеновской спектроскопии / В. М. Кашкаров, А. С. Леньшин, Б. Л. Агапов, С. Ю. Турищев, Э. П. Домашевская // Письма в журн. техн. физики. − 2009. − Т. 35, No 17. − С. 89—96.Кашкаров, В. М. Получение нанокомпозитов пористого кремния с железом и кобальтом и исследование их электронного строения методами рентгеновской спектроскопии / В. М. Кашкаров, А. С. Леньшин, Б. Л. Агапов, С. Ю. Турищев, Э. П. Домашевская // Письма в журн. техн. физики. − 2009. − Т. 35, No 17. − С. 89—96.Афанасьев, А. В. Синтез нано−и микропористых структур электрохимическими методами / А. В. Афанасьев, В. А. Ильин, В. А. Мошников, Е. Н. Соколова, Ю. М. Спивак // Биотехносфера. − 2011. − No 1−2. − С. 39—45.Афанасьев, А. В. Синтез нано−и микропористых структур электрохимическими методами / А. В. Афанасьев, В. А. Ильин, В. А. Мошников, Е. Н. Соколова, Ю. М. Спивак // Биотехносфера. − 2011. − No 1−2. − С. 39—45.Травкин,П.Г.Исследованиезакономерностейформирования структуры пористого кремния при многостадийных режимах электрохимического травления / П. Г. Травкин, Н. В. Воронцова, С. А. Высоцкий, А. С. Леньшин, Ю. М. Спивак, В. А. Мошников // Изв. СПбГЭТУ «ЛЭТИ». − 2011. − No 4. − С. 3—9.Травкин,П.Г.Исследованиезакономерностейформирования структуры пористого кремния при многостадийных режимах электрохимического травления / П. Г. Травкин, Н. В. Воронцова, С. А. Высоцкий, А. С. Леньшин, Ю. М. Спивак, В. А. Мошников // Изв. СПбГЭТУ «ЛЭТИ». − 2011. − No 4. − С. 3—9.Грачева,И.Е.Возмущающееэлектрическоевоздействие с переменной частотой как новая перспектива для увеличения чувствительности и селективности в системах типа «электронный нос»/И.Е.Грачева,В.А.Мошников//Изв.Рос.гос.пед.ун−таим. А. И. Герцена. − 2009. − No 79. − С. 100—107.Грачева,И.Е.Возмущающееэлектрическоевоздействие с переменной частотой как новая перспектива для увеличения чувствительности и селективности в системах типа «электронный нос»/И.Е.Грачева,В.А.Мошников//Изв.Рос.гос.пед.ун−таим. А. И. Герцена. − 2009. − No 79. − С. 100—107.Грачева, И. Е. Анализ процессов на поверхности газочувствительных наноструктур методом спектроскопии полной проводимости / И. Е Грачева, В. А. Мошников, Ю. В. Осипов // Изв. СПбГЭТУ «ЛЭТИ». − 2008. − No 6. − С. 19—24.Грачева, И. Е. Анализ процессов на поверхности газочувствительных наноструктур методом спектроскопии полной проводимости / И. Е Грачева, В. А. Мошников, Ю. В. Осипов // Изв. СПбГЭТУ «ЛЭТИ». − 2008. − No 6. − С. 19—24.Карпова,С.С.Обособенностяхспектровполнойпроводимости сетчатых нанокомпозитных слоев на основе диоксида олова / С. С. Карпова, И. Е. Грачева, В. А. Мошников // Изв. СПбГЭТУ «ЛЭТИ». − 2010. − No 4. − С. 3—7.Карпова,С.С.Обособенностяхспектровполнойпроводимости сетчатых нанокомпозитных слоев на основе диоксида олова / С. С. Карпова, И. Е. Грачева, В. А. Мошников // Изв. СПбГЭТУ «ЛЭТИ». − 2010. − No 4. − С. 3—7.Грачева, И. Е. Автоматизированная установка для измерения газочувствительности сенсоров на основе полупроводниковых нанокомпозитов / И. Е. Грачева, А. И. Максимов, В. А. Мошников,М.Е.Плех//Приборыитехникаэксперимента. − 2008. − No 3. − С. 143—146.Грачева, И. Е. Автоматизированная установка для измерения газочувствительности сенсоров на основе полупроводниковых нанокомпозитов / И. Е. Грачева, А. И. Максимов, В. А. Мошников,М.Е.Плех//Приборыитехникаэксперимента. − 2008. − No 3. − С. 143—146.Грачева, И. Е. Автоматизированная комбинированная установка для исследования газочувствительности полупроводниковых наноматериалов в постоянном и переменном электрических полях / И. Е. Грачева, В. А. Мошников, М. Г. Аньчков // Приборы и техника эксперимента. − 2013. − No 2. − С. 93.Грачева, И. Е. Автоматизированная комбинированная установка для исследования газочувствительности полупроводниковых наноматериалов в постоянном и переменном электрических полях / И. Е. Грачева, В. А. Мошников, М. Г. Аньчков // Приборы и техника эксперимента. − 2013. − No 2. − С. 93.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.