Estudio cuantitativo de la relación morfología respuesta sensora para películas de SnO2

Abstract

En este trabajo se presentan los resultados obtenidos a partir de la caracterización morfológica de películas delgadas de SnO2, fabricadas por la técnica Spin Coating en el Laboratorio de Materiales Magnéticos y Nanoestructuras de la Universidad Nacional sede Bogotá utilizando cuatro diferentes suspensiones acuosas de SnO2 10%, 15%, 20% y 25% y con las cuales se obtienen cuatro espesores, 138, 209, 226, 465nm respectivamente. La caracterización de las películas se realizó usando técnicas de microscopía de barrido electrónico (SEM), difracción de rayos X (XRD) y perfilometría. Se presentan los resultados correspondientes a la caracterización eléctrica de las películas de SnO2 en ambiente controlado, donde se llevó a cabo la evaluación de la curva Resistencia Eléctrica vs Temperatura entre ∼230-300C a una presión de 6500Pa y la evaluación de la curva Resistencia Eléctrica vs Presión a 300oC entre ∼ 100Pa-6500Pa sometiendo las películas a atmósferas de aire y aire con 50ppm de monóxido de carbono (CO). Para la realización de la evaluación eléctrica, se implementó un sistema de caracterización eléctrica en ambiente controlado. A partir de los resultados de la evaluación resistencia eléctrica Vs temperatura, se mostró que las energías de activación obtenidas en atmosferas de aire con 50ppm de CO son menores que las obtenidas en atmosfera de aire, evidenciando de esta manera que las películas fabricadas son sensibles al CO. También se encontró, a partir de los resultados de la evaluación Resistencia eléctrica Vs Presión, que en el rango entre 2000-6500Pa la resistencia eléctrica de las películas en presencia de aire con 50 ppm de CO presenta un valor menor que aquellas obtenidas en presencia de aire. Sin embargo, se muestra que la sensibilidad de las películas es muy baja para los cuatro espesores. Adicionalmente se muestra que las propiedades eléctricas de las películas se ven influenciadas por su espesor, observando que a medida que este disminuye, las películas presentan resistencias cada vez más altas. Por otra parte se evalúa el comportamiento experimental a partir de un modelo fenomenológico, que se fundamenta en el proceso de atrapamiento y liberación de carga superficial debido a la interacción del oxígeno y el monóxido de carbono con la superficie de las películas de SnO2. Lo anterior permite describir el comportamiento eléctrico de las películas cuando son sometidas a aumentos de presión en el rango ∼100Pa-6500Pa de oxígeno y oxígeno/CO. A partir de las simulaciones se observa que el modelo arroja resultados cualitativamente comparables con aquellos obtenidos experimentalmente. También se presentan los resultados de la evaluación de las zonas de depleción generadas por la interacción del oxigeno y el CO con la superficie del SnO2 obtenidos teóricamente, los cuales corresponden en orden de magnitud a aquellos reportados en la literatura.