Аннотация результатов, полученных в 2020 году
Проведены исследования электрических, газочувствительных и структурных свойств эпитаксиальных пленок α-Ga2O3, κ-Ga2O3 и α-Ga2O3/κ-Ga2O3. В настоящий момент для обозначения псевдогексагональной фазы Ga2O3 все чаще используют символ κ, а не ε, по аналогии с Al2O3. По этой причине далее псевдогексагональная фаза Ga2O3 обозначена κ-Ga2O3. Были проведены исследования, направленные на синтез метастабильных фаз оксида галлия. Образцы α-Ga2O3, κ-Ga2O3 и α-Ga2O3/κ-Ga2O3 были синтезированы методом хлоридной газофазной эпитаксии (HVPE). При формировании слоев α-Ga2O3 и κ-Ga2O3 использовались сапфировые планарные подложки с ориентацией (0001) и толщиной 380 - 430 мкм. Часть слоев κ-Ga2O3 была сформирована на теймплэйтах GaN/Al2O3, где GaN был нанесен методом MOCVD на поверхность планарных подложек сапфира. В качестве подложек для получения слоев α-Ga2O3/κ-Ga2O3 использовались пластины сапфира с профилированной поверхностью (PSS) с ориентацией (0001) и толщиной 430 мкм. Толщина выращенных слоев на плоских подложках составляла от 0.5 до 10 мкм, а на PSS до 4 мкм. В процессе осаждения слоев оксида галлия в качестве прекурсоров использовали кислород и GaCl. Легирование осуществлялось добавлением потока хлоридов олова и магния, а также силана. Исследованы структурные свойства, фазовый состав и рельеф поверхности эпитаксиальных слоев метастабильных α-Ga2O3, κ-Ga2O3 и α-Ga2O3/κ-Ga2O3 при помощи рентгеновской дифракции, сканирующей электронной и атомно-силовой микроскопий и других методов. Были сформированы различные типы контактов (Pt, Au, Pd и Pt/Ti) к метастабильным фазам Ga2O3. Отработана методика напыления и исследования островковых слоев каталитически активных металлов Pt и Pd на поверхности полиморфных структур Ga2O3. Для сформированных образцов метастабильных фаз оксида галлия с контактами Pt, Au, Pd и Pt/Ti, а также с островковыми слоями Pt и Pd на поверхности, с различным уровнем легирования были проведены исследования вольт-амперных (ВАХ) и вольт-фарадных (ВФХ) характеристик, частотных зависимостей емкости, временных зависимостей тока эпитаксиальных слоев, в атмосфере сухого азота, сухого и влажного чистого воздуха, в газовых смесях содержащих H2, O2, CO, CH4, NO2, NO, NH3, а также пары ацетона, в широких концентрационных интервалах и в области температур нагрева образцов от комнатной до 550 °С. На дифрактограммах слоев α-Ga2O3 на гладких сапфировых подложках присутствуют только рефлексы на 2θ = 40.25° и 2θ = 87.05°, соответствующие (0006) и (0.0.0.12) отражениям α-Ga2O3. Результаты ω-2θ сканирования свидетельствует о формировании качественной эпитаксиальной пленки Ga2O3 на гладких сапфировых подложках состоящей из чистой α-фазы с ориентацией (0001). Полуширина на полувысоте (FWHM) кривой качания наблюдаемых пиков для ассиметричного отражения составляла около 10 угловых минут. Спектры оптического пропускания показали, ширина оптической запрещенной зоны α-Ga2O3 составляет 5.06 эВ, что соответствует опубликованным результатам. На дифрактограммах слоев Ga2O3, выращенных на PSS подложках, присутствовали рефлексы, соответствующие α-Ga2O3. Кроме дифракционных пиков α-Ga2O3 наблюдались характерные пики κ-Ga2O3 при 19.18°, 38.89°, 59.90°, 83.48° и 112.63°, соответствующие отражениям (0002), (0004), (0006), (0008) и (0.0.0.10), соответственно. Таким образом, исследуемые образцы состояли из смеси α и κ фаз с ориентацией (0001). Измерения спектров оптического пропускания структур подтвердили наличие узкозонной κ-Ga2O3 с шириной запрещенной зоны Eg = 4.82 эВ. При помощи сканирующей и просвечивающей электронных микроскопий было установлено, что α-фаза образует столбчатые структуры на вершине сапфирового конуса, а κ-фаза заполняет впадины между колоннами. Характерная треугольная огранка столбчатых структур указывает на то, что они состоят из α-Ga2O3 с тригональной симметрией. κ-Ga2O3 для многих образцов на PSS имеет зернистую, но с учетом результатов XRD, не поликристаллическую структуру. Размер зерен κ-Ga2O3 составлял 3.2 – 4.0 мкм. Исследована зависимость электропроводящих свойств α-Ga2O3 и α-Ga2O3/κ-Ga2O3 структур от уровня влажности окружающей среды в области температур 25–250 °C. Показано, что структуры с платиновыми контактами Pt/α-Ga2O3/κ-Ga2O3/Pt, характеризующиеся высокими током и чувствительностью к H2, практически не проявляют реакции на изменение концентрации водяных паров. Структуры Pt/α-Ga2O3/Pt и Pt/Ti/α-Ga2O3/κ-Ga2O3/Ti/Pt напротив, характеризующиеся высоким сопротивлением и отсутствием чувствительности к H2 при T < 250 °C, обладают значительной реакцией на изменение уровня влажности атмосферы. Повышение RH с 10 до 85 % при комнатной температуре приводит к росту тока образцов Pt/α-Ga2O3/Pt на 2-3 порядка, а для образцов Pt/Ti/α-Ga2O3/κ-Ga2O3/Ti/Pt на 4 порядка, в диапазоне U 5–150 В. Влияние влажности окружающей среды имеет обратимый характер и наиболее существенные изменения тока образцов наблюдаются при RH ≥ 60 %. С повышением температуры образцов с 25 до 100 °C эффект влияния водяных паров на электропроводность уменьшается и при T > 100 °C пропадает. Полученные результаты объясняются в рамках механизма Гротгусса, основанном на проводимости H+ в физадсорбированных слоях молекул H2O и ионов OH- на поверхности твердых тел. Образцы Pt/Ti/α-Ga2O3/κ-Ga2O3/Ti/Pt, полученные на PSS подложке, в силу развитого рельефа поверхности и наличия дефектных областей на межфазных границах демонстрируют наибольшую чувствительность к влажности окружающей среды и выглядят перспективными для создания сенсоров уровня влажности RH в атмосфере с низкими рабочими температурами. Исследованы электропроводящие и газочувствительные свойства структур α-Ga2O3/κ-Ga2O3, синтезированных методом HVPE на сапфировых подложках с профилированной поверхностью, при воздействии О2 в интервалах концентраций от 2 до 100 % и температур нагрева от 25 до 220 °С. Показано, что варьирование уровня легирования донорной примесью позволяет изменять чувствительность структур к кислороду. Снижение концентрации примеси Sn в α-Ga2O3/κ-Ga2O3 с ~4×10^18 см^-3 до ~1.5×10^17 см^-3 ведет к появлению значительной чувствительности к О2 в интервале температур от 180 до 220 °С при низких значениях прилагаемого напряжения U ≤ 7.5 В. Вольт-амперные характеристики структур α-Ga2O3/κ-Ga2O3 с платиновыми контактами в среде сухого N2 и газовой смеси N2 + O2 описываются моделью, протекания тока в MSM структурах на основе теории термоэлектронной эмиссии в диодном приближении при сопротивлении полупроводника превышающим сопротивление областей пространственного заряда на границе металл/полупроводник. Воздействие кислорода ведет к обратимому уменьшению тока структур α-Ga2O3/κ-Ga2O3. Сенсорный эффект заключается в хемосорбции молекул кислорода на поверхности κ-Ga2O3, которая согласно SEM имеет зернистую структуру. В результате этого возрастает энергетический барьер на границе зерен κ-Ga2O3, ведущий к снижению тока. Исследованные структуры проявляли высокую чувствительность на относительно невысокие концентрации (0.745 %) H2 и CO в области рабочих температур 180 – 220 °С и практически не реагировали на воздействие NO2 и CH4. Преимуществом полиморфных структур Ga2O3 для создания сенсоров кислорода является их чувствительность при относительно низких температурах в широком динамическом диапазоне концентраций O2 от 2 до 100 %. Исследованы электропроводящие свойства эпитаксиальных пленок κ-Ga2O3 при воздействии газов H2, NO2, O2 и CO в области температур нагрева образцов 400 – 550 °С. Образцы обладают поликристаллической структурой, представленной кристаллитами с размерами 200 – 600 нм. Для проведения измерений свойств образцов κ-Ga2O3 на их поверхности были сформированы Pt контакты. В указанной области температур при воздействии H2, NO2, O2 и CO, а также в атмосфере азота, ВАХ κ-Ga2O3 являются линейными. Омическое поведение контактов обусловлено главным образом высокими температурами, при которых были проведены измерения. Воздействие восстановительными газами H2 и CO на образцы κ-Ga2O3 ведет к обратимому увеличению тока и их проводимости. Воздействие окислительными газами NO2 и O2 ведет к обратному эффекту. Максимальные значения отклика κ-Ga2O3 наблюдались при T = 500 °С в случае воздействия H2 и CO, T = 550 °С при воздействии NO2 и T = 450 °С при воздействии O2. Наиболее высокой чувствительностью образцы характеризуются к воздействию H2 в области малых напряжений, U ≤ 7.9 В. С дальнейшим повышением U высокая чувствительность наблюдалась при воздействии NO2. С повышением прилагаемого напряжения к образцам их чувствительность к газам возрастает по степенному закону. Времена отклика κ-Ga2O3 при воздействии всех газов меньше времен восстановления, что нехарактерно для газовых сенсоров на основе металлооксидных полупроводников. При адсорбции газовых молекул на поверхности κ-Ga2O3 в области температур 400 – 550 °С проявляются два процесса, медленный и быстрый. Быстрым процессом является хемосорбция газовых молекул, а медленным, вероятно, их взаимодействие с вакансиями кислорода. Выбранные температуры нагрева сенсоров слишком низки для активации десорбции молекул, которые взаимодействовали с полупроводником путем медленных процессов. Оценки показали, что дебаевская длина в образцах κ-Ga2O3 превышает размеры кристаллитов, что свидетельствуют о полупроводниковом характере проводимости в исследуемых структурах. Описана качественная модель сенсорного эффекта. При Т = 400 – 550 °С кислород из воздуха хемосорбируется на поверхности κ-Ga2O3 в атомарной форме, захватывает электроны из зоны проводимости полупроводника и приводит к образованию в приповерхностной области образцов слоя обедненного носителями заряда, уменьшает проводимость и ток образцов. При появлении в газовой смеси или воздухе молекул восстановительных газов имеет место их взаимодействие с ранее хемосорбированным кислородом, приводящее к возвращению электронов полупроводнику и увеличивающее проводимость и ток κ-Ga2O3. Хемосорбция молекул NO2 приводит к дальнейшему увеличению отрицательного заряда на поверхности образцов и снижает проводимость κ-Ga2O3. Установлена значительная роль примеси олова на газовую чувствительность κ-Ga2O3. Показано, что путем введения высокой концентрации примеси олова можно увеличить отклик структур κ-Ga2O3 на газы в области температур 25 – 500 °C. Исследованы электропроводящие свойства высококачественных эпитаксиальных слоев α-Ga2O3:Sn на гладких сапфировых подложках с концентрацией доноров 10^16 – 10^17 см^-3 и платиновыми контактами при воздействии газов. Слои α-Ga2O3:Sn демонстрируют значительную чувствительность при воздействии водородом и угарным газом в атмосферах воздуха и азота в области температур 250 – 400 °C. Воздействие H2 и СО приводило к обратимому увеличению тока структур Pt/α-Ga2O3:Sn/Pt. Наиболее высокие значения отклика наблюдались при Т = 325 °C и составляли 40.6 на воздействие 1 % Н2 в атмосфере сухого N2 и 28.3 в атмосфере чистого сухого воздуха. Минимальная концентрация газа, используемая в эксперименте, составляла 0.005 % (50 ppm), и отклик на эту концентрацию H2 был 0.53. Образцы характеризуются отсутствием дрейфа характеристик при многократном воздействии водородом. Наблюдаемый в структурах сенсорный эффект заключается в уменьшении потенциального барьера на границе Pt/α-Ga2O3, ведущем к возрастанию тока. Установлено значительное влияние содержание кислорода в газовой смеси на чувствительность структур Pt/α-Ga2O3:Sn/Pt к H2. Установлено, что для наблюдения высокой чувствительности метастабильных фаз Ga2O3 к газам в области низких температур, начиная с комнатных, необходимо присутствие двух фаз α-Ga2O3/κ-Ga2O3 в слое полупроводника или высокая концентрация примеси олова в монофазных образцах. Концентрацией примеси задаются эффективные значения поверхностной плотности хемосорбированных молекул кислорода, которые в свою очередь являются центрами адсорбции для восстановительных газов. Также механизм чувствительности метастабильных фаз Ga2O3 к газам определяется концентрацией электронов в полупроводнике. Наблюдаемая низкотемпературная чувствительность структур α-Ga2O3/κ-Ga2O3 к газам может быть обусловлена вкладом границы раздела метастабильных фаз Ga2O3. Исследования электропроводящих свойств структур α-Ga2O3/κ-Ga2O3 с различными контактами (Pd, Pt и Au) в чистом сухом воздухе и в газовой смеси воздух + H2 в области температур 25 – 450 °С показали, что наибольшую чувствительность к газу обеспечивает использование палладия в качестве контакта. Наблюдаемый эффект обусловлен тем, что палладий из всех выбранных металлов обладает наибольшей каталитической активностью при взаимодействии с H2. Структуры с золотыми контактами не проявляют чувствительность к водороду, однако такие образцы, подвергнутые отжигу при температуре 400 °С, отличались чувствительностью к NO. Установлено, что напыление островкового слоя металлов Pt и Pd на поверхность структур α-Ga2O3/κ-Ga2O3 вне контактов позволяет существенно повысить отклик структур на воздействие H2 в области низких температур нагрева 50 – 150 °С. При помощи SEM и EDX исследований было установлено, что платина и палладий формируют кластеры на поверхности исследуемых образцов с размером до нескольких сотен нанометров. Эти кластеры преимущественно формируются на границе двух фаз у колончатой структуры α-Ga2O3. Увеличение времени напыления островковых слоев с 10 до 20 с приводит к возрастанию отношения площади островков к площади изображения с 4×10^-5 до 4×10^-4. При дальнейшем повышении времени напыления до 30 с это отношение не изменяется. Ток образцов в чистом сухом воздухе сильно зависит от наличия добавок Pt и Pd и времени их напыления. При этом зависимость демонстрирует немонотонный характер. Было установлено, что наибольшее увеличение отклика на водород наблюдается для структур при времени напыления 10 с и подвергнутых отжигу при температуре 250 °С после напыления островков. Вероятно, в процессе отжига происходит формовка металлических кластеров. Времена отклика и восстановления с увеличением времени напыления снижаются. Для объяснения полученных, при воздействии водородом, результатов можно привлечь модели химической и электронной сенсибилизации, развитые для резистивных газовых сенсоров на основе металлооксидных полупроводников. Результаты проекта опубликованы в 3 статьях и 2 тезисах конференций, а также были представлены на 4 конференциях, в том числе 2 – международные. Опубликованные статьи можно найти по следующим ссылкам: 1. https://doi.org/10.1134/S1063782621030118; 2. https://doi.org/10.1134/S1063782621030027; 3. https://doi.org/10.1109/JSEN.2021.3072664.

Аннотация результатов, полученных в 2021 году
1. Проведены исследования зависимостей газочувствительных свойств пленок α-Ga2O3, ε(κ)-Ga2O3 и α-Ga2O3/ε(κ)-Ga2O3 от концентрации донорной примеси (Nd) олова. Пленки метастабильных фаз α-Ga2O3, ε(κ)-Ga2O3 и α-Ga2O3/(κ)-Ga2O3 были получены методом HVPE. Установлено, что структуры на основе пленок α-Ga2O3:Sn с Pt контактами обладают высоким откликом на Н2. Чувствительность исследованных структур к Н2 обусловлена главным образом модуляцией потенциального барьера на границе раздела Pt/α-Ga2O3:Sn, вызванной адсорбцией молекул газа. Показано, что изменения Nd позволяют варьировать отношение между сопротивлениями квазинейтрального объема полупроводника и областями пространственного заряда на гетерограницах Pt/α-Ga2O3. Легирование оксида галлия Sn также приводит к появлению отрицательно заряженных поверхностных состояний на границе раздела Pt/α-Ga2O3:Sn, способных захватывать H+ и значительно изменять высоту потенциального барьера. В отличие от пленок α-Ga2O3, пленки ε(κ)-Ga2O3 при одинаковой толщине и концентрации примеси Sn обладают чувствительностью к газам начиная с Т=30 °С. Наблюдаемый сенсорный эффект пленок ε(κ)-Ga2O3 обусловлен хемосорбцией молекул Н2 на поверхности полупроводника и их взаимодействием с ранее хемосорбированным кислородом. Механизм влияния Nd заключается в варьировании отношения между объемной и поверхностной проводимостями пленки ε(κ)-Ga2O3. Установлено, что гетерофазные пленки α-Ga2O3/ε(κ)-Ga2O3 демонстрируют увеличение отклика на Н2 при снижении Nd с 10^18 см^-3 до 10^15 см^-3. Снижение Nd приводит к усилению газовой чувствительности гетерофазных пленок за счет возрастания вклада изменений потенциального барьера на границе метастабильных фаз при воздействии газов. 2. Исследовано влияние облучения ионами Si+ c дозами 8×10^12 cм^-2–8×10^15 cм^-2 и энергией 100 кэВ на структурные и газочувствительные свойства пленок α-Ga2O3 и ε(κ)-Ga2O3. Облучение пленок α-Ga2O3 ионами Si+ c дозой 8×10^12 cм^-2 и энергией 100 кэВ с проведением последующего постимплантационного отжига при Т=400 °C в воздухе ведет к увеличению их отклика от 3 до 43 в интервале T=250-400 °C. При дальнейшем повышении дозы облучения и Т отжига имеет место снижение отклика на H2, времен отклика и восстановления. Облучение ионами Si+ образцов α-Ga2O3 позволяет варьировать чувствительность структур к CO и NH3. Эффект возрастания отклика на H2 при облучении α-Ga2O3 ионами Si+ с дозой 8×10^12 cм^-2 мы объясняем увеличением плотности центров адсорбции для молекул и атомов водорода на поверхности α-Ga2O3 и гетерогранице Pt/α-Ga2O3, соответственно. При дальнейшем повышении дозы облучения Si+, возрастает дефектность поверхности полупроводника и снижается плотность центров адсорбции для молекул и атомов водорода на поверхности α-Ga2O3 и гетерогранице Pt/α-Ga2O3. Высокая объемная проводимость пленок ε(κ)-Ga2O3 снижает эффект влияния облучения Si+ на газочувствительные свойства материала. Облучение Si+ с малыми дозами при D=8×10^12 cм^-2 и 8×10^13 cм^-2 независимо от условий отжига, приводит к слабому росту электропроводности образцов, и снижает их чувствительность к газам. И наоборот, облучение при D=8×10^14 cм^-2 и 8×10^15 cм^-2 приводит к снижению тока образцов на 1-2 порядка и увеличивает отклик на указанные газы. Облучение ε(κ)-Ga2O3 Si+ является эффективным способом усиления газочувствительных свойств полупроводника. Механизмы сенсорного эффекта и влияния облучения Si+ на газочувствительные свойства ε(κ)-Ga2O3 аналогичны вышеописанным для α-Ga2O3. 3. Исследованы электрофизические и газочувтвительные свойства ε(κ)-Ga2O3 с тонким 120 нм слоем SnOx на поверхности, сформированным при помощи ВЧ магнетронного распыления. Высокий отклик структур ε(κ)-Ga2O3/SnOx на Н2 проявляется при T=30 °С и превосходит отклик пленок ε(κ)-Ga2O3 при T=100 °С на фиксированные значения концентрации Н2 в 200 раз. Пленка SnOx выступает в качестве рецептора, а пленка ε(κ)-Ga2O3:Sn - в качестве источника электронов для осуществления реакций при адсорбции газовых молекул на поверхности SnOx. 4. Исследована чувствительность пленок твердого раствора In2O3-Ga2O3 с толщиной 0.5 мкм, полученных методом HVPE, к H2, NH3, CO, CH4, O2 и NO2. Пленки In2O3-Ga2O3, обладают высокой чувствительностью к газам H2, NH3,CO в интервале Т=30-550 ºC и к O2 в интервале Т=150-550 ºC. Предложен механизм газовой чувствительности пленок. Преимуществом пленок твердого раствора In2O3-Ga2O3 является низкое базовое электросопротивление при относительно высокой газовой чувствительности. 5. Исследована чувствительность к Н2 тонких 150 нм пленок твердого раствора Al2O3-Ga2O3, сформированных методом ВЧ магнетронного распыления. Полученные пленки характеризуются высокой неоднородностью свойств по пластине, что требует развитие используемого метода или эпитаксиального роста пленок Al2O3-Ga2O3 в будущем. 6. Исследована чувствительность к H2 тонкопленочных двухслойных структур α-Cr2O3/Ga2O3 с Ti контактами. Сопротивление тонкопленочных структур при воздействии Н2 в интервале Т=250–500 °С возрастает, наблюдается отклик, характерный для металлооксидных полупроводников p-типа. Структуры α-Cr2O3/Ga2O3 демонстрируют более высокий отклик на H2 при одинаковых условия эксперимента в сравнении с откликами тонких пленок α-Cr2O3. Наблюдаемый отклик p-типа, вероятно, обусловлен внедрением атомов хрома в оксид галлия или формированием соответствующего твердого раствора в системе оксидов Cr2O3-Ga2O3. 7. Отработаны режимы формирования омических Ti и Ti/Pt контактов к пленкам α-Ga2O3, полученных методом HVPE, пленкам Ga2O3, полученных методом ВЧ магнетронного распыления. Исследованы чувствительность этих пленок с омическими контактами к Н2 в интервале T=25–500 °С. 8. Сформирована ступенчатая гетероструктура ε(κ)-Ga2O3/SnOx с Pt контактами, при помощи ВЧ магнетронного напыления оксида олова и проведения последующей взрывной фотолитографии. ВАХ полученной структуры является нелинейной. Выпрямительное отношение при U=|12| В достигает 1.4×10^3 при комнатной температуре. В интервале T=25–200 °С гетероструктуры демонстрируют высокую чувствительность к Н2. При Т=50 °С и U=-0.25 В отношение токов носителей заряда через структуру при воздействии 10^4 ppm H2 и в чистом воздухе составляет 140. 9. Показано, что травление пленок α-Ga2O3:Sn в растворах КОН и H3PO4 является эффективным способом модификации их микрорельефа поверхности и газочувствительных свойств. Для образцов, подвергнутых травлению в H3PO4 наблюдалось возрастание отклика на СО, что вероятно связано с появлением специфических центров адсорбции для молекул этого газа на поверхности α-Ga2O3. 10. Проведено моделирование процессов теплопереноса в программе расчёта и моделирования физических полей Elcut 6.6 для пленок оксида галлия, нанесенных на сапфировую подложку с Pt нагревателем с обратной стороны. Для обеспечения более однородного нагрева структур необходимо обеспечить однородный нагрев поверхности подложки, контактирующей с нагревателем. Для снижения инерционности тепловых процессов необходимо снижать толщину подложки, а для обеспечения высокой чувствительности, снижать толщину слоя. 11. Исследовано влияние влияния геометрии контактов и оптического излучения с длиной волны λ=254 нм на чувствительность тонких 150 нм пленок β-Ga2O3, напыленных методов ВЧ магнетронного распыления на 330 мкм подложки сапфира, к газам. Показано, что чувствительностью, сопротивлением и быстродействием газовых сенсоров на основе тонких пленок β-Ga2O3 можно управлять варьированием топологии электродов, межэлектродным расстоянием и воздействием УФ. Результаты проекта опубликованы в 3 статьях и 2 тезисах конференций, а также были представлены и направлены для участия на 4 конференциях, в том числе 3 – международные. Опубликованные статьи и тезисы можно найти по следующим ссылкам: 1. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0925400522005469 2. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/pssb.202100306 3. https://iopscience.iop.org/article/10.1149/MA2021-01561475mtgabs

Аннотация результатов, полученных в 2022 году
1. Исследована возможность создания массочувствительных газовых сенсоров на основе плёнок κ(ε)-Ga2O3, полученных методом хлоридной газофазной эпитаксии. Была создана линия задержки, состоящая из двух платиновых встречно – штырьевых преобразователей на поверхности плёнок κ(ε)-Ga2O3. Для полученных структур удалось наблюдать задержку сигнала на частоте 1 ГГц. Ожидаемый резонанс в полосе частот 1 – 3 ГГц не удалось наблюдать из-за особенностей микрорельефа поверхности плёнок κ(ε)-Ga2O3. 2. Проведены исследования электропроводящих и газочувствительных свойств структур на основе плёнок α-Ga2O3:Sn, κ(ε)-Ga2O3:Sn, смеси оксидов In2O3-Ga2O3 (IGO), In2O3-SnO2 (ITO)/κ(ε)-Ga2O3 с целью выявления наиболее подходящих сенсоров для проведения водородного дыхательного теста. Структуры были подвержены воздействию высокой влажности, H2, O2, CO2 и газовых смесей, соответствующих выдыхаемым смесям здоровых людей и страдающих лактазной недостаточностью в интервале Т = 50 – 450 °C. Плёнки α-Ga2O3:Sn, κ(ε)-Ga2O3:Sn и IGO были получены методом хлоридной газофазной эпитаксии. Тонкие пленки ITO были получены методом магнетронного распыления. Наиболее высокую стабильность характеристик при воздействии смесей, соответствующих выдыхаемым, слабую чувствительность к влажности и относительно высокую чувствительность к низким концентрациям Н2 (100 ppm) показали структуры ITO/κ(ε)-Ga2O3, которые целесообразно выбрать в качестве сенсоров для проведения водородного дыхательного теста. 3. Проведены исследования структурных и газочувствительных свойств пленок ITO, нанесенных на поверхность сапфира и κ(ε)-Ga2O3. Пленки ITO на κ(ε)-Ga2O3, по сравнению с пленками на сапфире, имеют более развитую поверхность, представленную зернами с диаметром 30 – 40 нм. Газовая чувствительность плёнок ITO, реализуемая за счет обратимой хемосорбции молекул газов, определяется преимущественно In2O3. 4. Отработан алгоритм формирования контактов к плёнкам Ga2O3 и IGO, а также нагревателя с обратной стороны подложки, при помощи фотолитографии для разработки сенсорных чипов. 5. Разработаны прототипы газовых сенсоров на основе плёнок Ga2O3:Sn и IGO, полученных методом хлоридной газофазной эпитаксии, в корпусированном варианте. Разработан сенсорный модуль на основе сенсоров в корпусах ТО-8 и платформы Arduino UNO с микроконтроллером Atmega328P, и стенд для проведения водородного дыхательного теста. 6. Проведены исследования влияния влажности и долговременных испытаний на газочувствительные свойства пленок IGO с содержанием Ga 10 ат. %. Показано, что наиболее значительное уменьшение отклика наблюдалось при повышении RH с 0 до 8 %. В интервале RH = 33.5 – 90 % отклик изменялся незначительно. Предложен механизм влияния влажности на чувствительность плёнок IGO к Н2. Показано, что удвоение содержания Ga позволяет снизить эффект влияния влажности, однако при этом максимум чувствительности плёнок к газам смещается в область T выше 500 – 550 °C. Предложен механизм дрейфа газочувствительных характеристик плёнок IGO при воздействии газов, основанный на увеличении концентрации вакансий кислорода в пленках при взаимодействии газовых молекул с решеточными атомами кислорода на поверхности. 7. Исследованы структурные, электропроводящие и газочувствительные свойства поликристаллических пленок с-In2O3 толщиной 0.5 мкм, полученных методом хлоридной газофазной эпитаксии, при воздействии H2, NH3, O2 и CO в интервале температур 30 – 550 °C. Пленки с-In2O3 отличались высокой стабильностью при многократном воздействии газов. Наибольшая газовая чувствительность наблюдалась при воздействии NH3. Максимальный отклик был получен при температуре 400 °C и составил 33.3 отн.ед. при воздействии 1000 ppm NH3. Предложен механизм газовой чувствительности пленок с-In2O3. 8. Исследовано влияние межэлектродного расстояния на газочувствительные свойства нелегированных пленок κ(ε)-Ga2O3, полученных методом хлоридной газофазной эпитаксии. Наиболее высокими откликами на H2, O2 и NH3 и наименьшими временами отклика характеризовались структуры с межэлектродным расстоянием 30 мкм. Созданы матричные элементы на основе тонких плёнок β-Ga2O3, состоящие из 16 чувствительных элементов. Каждый элемент в отдельности в матрице обладает чувствительностью к газам (H2, O2 и NH3) и воздействию излучением при λ = 254 нм. Был выявлен эффект влияния положения элемента в матрице на его газочувствительные и фотоэлектрические свойства. 9. Исследованы структурные, электропроводящие и газочувствительные свойства n-N гетероструктур SnO2/κ(ε)-Ga2O3:Sn. Слои κ(ε)-Ga2O3:Sn и SnO2 были получены методами хлоридной газофазной эпитаксии и высокочастотного магнетронного напыления, соответственно. Проведены исследования структурных свойств полученных структур. Воздействие H2 приводит к увеличению электрических тока и емкости гетероструктур SnO2/κ(ε)-Ga2O3:Sn. Токовый отклик гетероструктур на H2 значительно превышает емкостной. Отклик и быстродействие SnO2/κ(ε)-Ga2O3:Sn структур при воздействии H2 превосходит значения этих характеристик для пленок κ(ε)-Ga2O3 и SnO2 в интервале температур 75–175 ºC. Гетероструктуры демонстрировали низкий оклик на CO, NH3 и CH4, и высокий отклик на низкие концентрации NO2. При температуре 125 ºC для гетероструктур SnO2/κ(ε)-Ga2O3:Sn токовый отклик на 10^4 ppm H2 составлял 29.9–46.9 отн.ед. и 3.7 отн.ед. на 100 ppm NO2. Предложен механизм сенсорного эффекта для гетероструктур SnO2/κ(ε)-Ga2O3:Sn. 10. Исследовано влияния облучения ионами Fe+ на электропроводящие и газочувствительные свойства пленок α-, β- и κ(ε)-Ga2O3. Пленки α- и κ(ε)-Ga2O3 были подвергнуты облучению ионами Fe+ с энергией E = 100 кэВ и дозами D = 10^13 cм^-2, 10^14 cм^-2 и 10^15 cм^-2 при помощи ускорителя тяжелых ионов DC-60. Облучение ионами Fe+ с последующим отжигом при 600 ºС практически не влияет на сопротивление плёнок α-Ga2O3, однако ведет к снижению откликов на Н2. Облучение κ(ε)-Ga2O3 ионами Fe+ ведет к резкому снижению сопротивления плёнок. Облученные пленки демонстрируют чувствительность к Н2 в интервале Т = 25 – 550 ºС. При этом наиболее высокие отклики наблюдались при Т = 100 ºС и D = 10^13 cм^-2. Тонкие пленки β-Ga2O3 были подвергнуты облучению ионами Fe+ с E = 100 кэВ и D = 10^14 см^-2. После облучения тонкие пленки β-Ga2O3 были подвергнуты отжигу при T = 900 ºC в течение 180 мин в воздухе. Сопротивление тонких пленок β-Ga2O3 слабо изменяется при облучении ионами Fe+. Однако отклик облученных пленок на Н2 в интервале Т = 500 – 750 ºС выше отклика контрольных образцов. При этом наблюдается инверсия знака отклика в зависимости от концентрации Н2. Предполагается, что в пленках β- и κ(ε)-Ga2O3 при облучении ионами Fe+ формируется фаза оксида железа, обладающего меньшей шириной запрещенной зоны. 11. Исследованы структурные и газочувствительные свойства тонких плёнок β-Ga2O3, напыленных на сапфир методом высокочастотного магнетронного распыления мишени Ga2O3 при температуре подложки 650 ºC. Установлено, что в сравнении с плёнками, которые были нанесены при комнатной температуре и затем подвергнуты высокотемпературному отжигу, отклик на Н2 возрос в 5 – 10 раз. Такое изменение отклика вызвано изменениями микроструктуры поверхности плёнок β-Ga2O3. 12. Исследованы электропроводящие и газочувствительные свойства плёнок β-Ga2O3, полученных ионно-лучевым осаждением методом распыления (IBSD) мишени из прессованного порошка Ga2O3 на сапфировые подложки. Установлено влияние температуры подложки и последующего отжига на электропроводящие и газочувствительные свойства плёнок β-Ga2O3. При выполнении третьего этапа результаты проекта опубликованы в 3 статьях и 3 тезисах конференций, а также были представлены и направлены для участия на 6 конференциях, в том числе 2 – международные. Опубликованные статьи и тезисы можно найти по следующим ссылкам: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2352492822020827 https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/9996404 http://journals.ioffe.ru/articles/52869