Представлены результаты исследования электрофизических свойств гетероструктур на основе нанокристаллического диоксида олова и монокристаллического кремния SnO2(Me)/Si (где Me — Ni, Cu, Pd) в условиях адсорбции из газовой фазы молекул NO2 и С2H5OH. Синтез гетероструктур проведен с помощью методов пиролиза аэрозоля и магнетронного распыления в вакууме. Размер зерен в слое оксида составлял 6–8 нм. Зерна объединены в агломераты размером до 0.1 мкм. Это обеспечило пористую структуру пленки, позволяющую газовым молекулам достигать гетерограницы. Показано, что на гетерогранице Si-SnO2 сформирован барьер Шоттки. При адсорбции газовых молекул наблюдалась существенная модификация вольт-амперных и вольт-фарадных характеристик гетероструктур, что может быть связано с изменением как высоты барьера, так и плотности поверхностных состояний на гетерогранице. Исследованные гетероструктуры могут быть использованы как газовые сенсоры, работающие при комнатной температуре. Легирование никелем обеспечивало увеличение газовой чувствительности структур более чем на порядок величины.


В традиционных газовых сенсорах резистивного типа механизм газовой чувствительности включает в себя процессы хемосорбции на поверхности, сопровождающиеся изменением концентрации носителей в объеме полупроводника. Сенсорный отклик формируется как результат объемного изменения электропроводности поликристаллического полупроводникового материала, при этом состояние межзеренных контактов в поликристаллической системе вносит существенный вклад в величину электропроводности. Такие системы оказываются исключительно чувствительными к присутствию в атмосфере следовых количеств молекул окислителей или восстановителей. Однако информация о составе газовой фазы оказывается довольно ограниченной из-за малой селективности адсорбционных процессов. Многочисленные работы по улучшению сенсорных параметров материалов направлены на оптимизацию электронных свойств или адсорбционной способности материала. Эти подходы ограничены по своим возможностям, так как в полупроводниковых газовых сенсорах резистивного типа функции чувствительного элемента (рецептора) и преобразователя совмещены в одном материале. Повышение чувствительности за счет изменения состояния поверхности приводит к изменению концентрации носителей заряда в объеме зерна, т.е. к изменению характеристик преобразователя.

Функции рецептора и преобразователя могут быть разделены в системах, включающих локализованную границу раздела между материалами с различными электронными свойствами. В подобных системах электропроводность контролируется высотой барьера для носителей на гетерогранице. Процесс хемосорбции влияет на электронное состояние границы раздела, что приводит к возникновению газовой чувствительности. Имеется ограниченное число сведений о возможности использования в газовых сенсорах гетероконтактов разнородных материалов. Одним из примеров таких систем является гетероконтакт металла и полупроводника, так называемый диод Шоттки. Наиболее детально изучены сенсорные свойства диодов Шоттки на основе благородных металлов, обладающих каталитическими свойствами (Pt, Pd), и монокристаллического кремния или карбида кремния. Такие диоды Шоттки оказались исключительно чувствительными к присутствию следовых количеств водорода. Механизм действия этих систем связан с образованием дипольного слоя на границе раздела металл-кремний.