Estudio y desarrollo de películas semiconductoras nanoestructuradas de óxidos metálicos para su uso en microsensores de gas . - Rodriguez, Daniel F. (2012)
En los últimos años la miniaturización de los sensores de gas ha ganado especial interés gracias al desarrollo de métodos de microfabricación y al impulso que ha tenido la nanotecnología. En particular los microsensores de gas basados en semiconductores de óxidos metálicos tienen como principales ventajas detectar trazas de gases, tener reducido tamaño, bajo consumo y costo de fabricación, al compararlos con los dispositivos convencionales de detección de gases. Este trabajo está focalizado en desarrollar y estudiar la influencia de la nanoestructuración de la película sensora de dióxido de estaño y óxido de titanio sobre la respuesta del sensor. Con este objetivo se desarrollaron tres técnicas bien diferentes para la fabricación de películas sensoras: Rheotaxial Growth and Thermal Oxidation [RGTO], Pore Wetting [PW] y oxidación anódica. Con la primera de ellas se obtienen microesferas de SnO2, con la segunda nanotubos de SnO2 y con la tercera nanotubos de TiO2. Esta diferencia tan marcada en la nanoestructura, es muy útil para analizar su respuesta eléctrica ante diferentes gases y temperaturas. Las mediciones realizadas las podemos dividir en dos clases. La primera de ellas relacionada con el análisis estructural de la película sensora, que incluyen técnicas como rayos X y microscopia electrónica de barrido, mientras en la segunda incluyen mediciones de la resistencia eléctrica a dos terminales, conductividad utilizando el método de Van der Pauw, movilidad de portadores utilizando efecto Hall, espectroscopia de impedancia compleja y la respuesta dinámica del microsensor aprovechando su baja inercia térmica. Las mediciones realizadas permitieron analizar la conducción de las películas desarrolladas ante diferentes gases y temperaturas, encontrándose que la nanoestructura tiene una importancia crítica en la respuesta de los sensores. Se muestra que la conducción en las películas fabricadas por RGTO está controlada por el potencial de la frontera entre granos, en cambio en las películas fabricadas por PW la conducción no se puede explicar únicamente por el potencial de la frontera entre granos. Se observó que los nanotubos tienen mayor sensibilidad a ciertos gases que las microesferas aún a temperatura ambiente. Se desarrollaron películas sensoras de nanotubos TiO2 con distinto diámetro controlando la tensión de anodizado, partiendo de láminas de titanio. La respuesta de las películas fueron medidas a distintas concentraciones de vapor de etanol y amoníaco a temperatura ambiente y a distinta humedad. La sensibilidad fue similar independientemente del diámetro del nanotubo. Este efecto se puede explicar por el hecho de que los nanotubos se comportan como nanocanales para la difusión de gas y hay un diámetro crítico donde se produce la difusión del gas. En el presente trabajo también se desarrollaron los procesos de microfabricación de un sensor de gas conjuntamente con una película sensora de TiO2 obtenida por anodizado. Los resultados son promisorios, ya que muestran la compatibilidad del proceso de anodizado para obtener la película sensora con el proceso de fabricación desarrollado en el área limpia de CAC-CNEA.