Crecimiento y caracterización de películas delgadas de óxido de cobre, para potencial uso en detección de compuestos orgánicos volátiles

Abstract

Películas delgadas de Cobre metálico (Cu) fueron depositadas en sustratos de borosilicato usando la técnica de evaporación térmica, posteriormente fueron tratadas térmicamente a 200°C y 500°C en atmosfera de aire con el fin de obtener las fases policristalinas de Cu2O y CuO, respectivamente. Mediante difracción de rayos X (DRX), se confirmó la formación de Cu2O y CuO, sin evidencia de fases secundarias. Refinamiento de Rietveld fue realizado a los patrones de difracción para determinar las propiedades estructurales como parámetros de red, tamaño del cristalito y el estrés residual. Así mismo, se realizaron medidas ópticas con el UV-Vis para obtener las propiedades ópticas de las películas delgadas de óxido de cobre (Cu2O y CuO), así como el espesor de la película más gruesa de Cu2O; este espesor fue utilizado para determinar la resistividad experimental de las películas de cobre metálico. Las mediciones de espectroscopia Raman evidenciaron la presencia de los modos vibracionales asociadas a las fases de Cu2O y CuO respectivamente, confirmando los resultados obtenidos por DRX. Además, se evidenció una mejora en la cristalinidad de las muestras con el aumento del espesor de las películas. Medidas de microscopía de fuerza atómica revelaron la morfología de la superficie de las películas con un aumento de la rugosidad de las películas con el aumento de la temperatura de tratamiento térmico. Así mismo, se realizaron medidas eléctricas usando la configuración de Van der Pauw las cuales mostraron que los portadores de carga del Cu2O y CuO son de un semiconductor de tipo-p. Por último, se hicieron medidas de sensibilidad a la presencia de dos compuestos orgánicos volátiles, alcohol etílico y la acetona, a la temperatura ambiente en las películas delgadas de Cu2O, donde se observó que la disminución en el tamaño de grano mejora la respuesta de detección de gases, obteniendo así una mejor sensibilidad para la película más delgada, hecho que muestra nuestro sistema promisor para aplicaciones de sensores en forma de películas delgadas a temperatura ambiente.