Ozone Sensitive Properties of Thin Films of Nanocrystalline Silicon Carbide

Abstract

У роботі ми дослідили здатність нанокристалічних плівок SiC виявляти озон у атмосферній суміші під атмосферним тиском за концентраціями озону 0,1 мг/м3 (максимально допустима концентрація) та 4,0 мг/м3. Коефіцієнт чутливості до озону S (О3) оцінювали за формулою S (О3) = (Rg – Ra)/Ra, де Rg і Ra – плівкові опори при наявності та відсутності озону в атмосфері повітря відповідно. Об'ємна витрата озоно-повітряної суміші становила 2 л/хв. Вивчено температурну залежність коефіцієнта чутливості до озону S (O3) в інтервалі температур 100-450 °С. Було встановлено, що максимальні значення S (O3) + 0,71 та – 0,80 спостерігалися при температурах 280 °С та 330 °С відповідно для обох концентрацій озону. Крім того, встановлено, що S (O3) мав позитивний знак при температурі 280 °С і негативне значення при 330 °С. Різна полярність зміни опору плівки при заданих температурах була обумовлена різним співвідношенням окислювально-відновлювальні реакції озону з атмосферними газами на поверхні плівок nc-SiC. Обидві температури можна використовувати для детектування озону за допомогою датчиків на плівках nc-SiC, однак, з точки зору зниження споживання енергії, температура 280 °С виглядає більш переважно.

In this paper, we investigated the ability of nanocrystalline SiC films to detect ozone in an air mixture under atmospheric pressure for ozone concentrations of 0.1 mg/m3 (maximum allowable concentration) and 4.0 mg/m3. The ozone sensitivity coefficient S (О3) was estimated by the formula S (О3) = (Rg – Ra)/Ra, where Rg and Ra are respectively the film resistances in the presence and absence of ozone in the air atmosphere. The volume flow rate of the ozone-air mixture was 2 l/min. The temperature dependence of the ozone sensitivity coefficient S (O3) was studied in the temperature range 100-450 °C. It was found that the maximum values of S (O3) + 0.71 and – 0.80 were observed at temperatures of 280 °C and 330 °C, respectively, for both concentrations of ozone. Moreover, S (O3) had a positive sign for a temperature of 280 °C and a negative value for 330 °C. The different polarity of the change in the film resistance at given temperatures was due to the different ratio of redox reactions of ozone with atmospheric gases on the surface of nc-SiC films. Both temperatures can be used for detecting ozone with sensors on nc-SiC films, however, from the point of view of reducing energy consumption, operating temperature of 280 °С looks more preferable.