Caracterización física y estudio de la respuesta eléctrica a diferentes gases del tungstato estannoso

Abstract

En esta tesis se estudió un nuevo material para aplicaciones como sensor de gas. Películas delgadas y “gruesas“ del tungstato estannoso fueron obtenidas para estudiar las propiedades eléctricas, ópticas y su respuesta a diferentes gases. Películas delgadas de alfa-SnWO4 fueron obtenidas sobre substratos de Si (111) térmicamente oxidado y vidrio mediante la técnica de “sputtering“ reactivo en una atmósfera de 11% O2/Ar donde el blanco de tungsteno fue operado en el modo RF y el de estaño en el modo DC. Las películas obtenidas fueron sometidas a un tratamiento térmico a las temperaturas de 400 °C y 600 °C en atmósfera reducida durante 4 horas para estudiar la evolución estructural y determinar como el tratamiento térmico influye en su estructura. La película delgada obtenida aplicando una potencia de 150 W a cada blanco adopta una estructura policristalina correspondiente al alfa-SnWO4 después del tratamiento térmico a 400 °C. Polvos de las fases a y P del tungstato estannoso fueron obtenidas por la fusión de una mezcla equimolar del SnO y WO3 en una atmósfera inerte y en vacío. La técnica de “screen-printing“ fue usada para fabricar las películas “gruesas“ de las fases a y P del tungstato de estannoso sobre substratos de alumina. Los polvos y películas delgadas fueron caracterizados estructuralmente y se determinó su composición mediante las técnicas de Difracción de Rayos X, Espectroscopia de Retrodispersíón de Rutherford (RBS), Espectroscopia de Energía Dispersiva de Rayos X (EDS), Espectroscopia Raman, Espectroscopia Móssbauer de Electrones de Conversión (CEMS) y Transmisión. Los resultados de Móssbauer muestran que el estaño esta presente en la forma divalente, Sn2*, en ambas fases del tungstato de estaño. Los dobletes de las fases alfa y beta muestran una asimetría debido al efecto de Goldanskü-Karyagin. Las propiedades como sensor de gas de las películas delgadas y “gruesas“ fueron medidas a diferentes temperaturas entre temperatura ambiente y 500 °C cuando se expusieron a diferentes concentraciones de gases como el H2S, H2NO, CO, CH4 y SO2 en aire sintético. La conductancia de la película delgada del alfa-SnWO4 al CO y NO en aire aumenta o disminuye, dependiendo de la temperatura y concentración del gas. Usualmente, el CO actúa como un gas reductor incrementando la conductancia de la película delgada del alfa-SnWO4, Sin embargo, a temperaturas menores que 250 °C el CO actúa como un gas oxidante decreciendo la conductancia de la misma. La película gruesa de alfa-SnWO4 es muy sensible a bajas concentraciones de H2S en aire sintético a 300 °C. La fase metaestable beta no es de interés práctico debido a su baja conductancia debajo de 400 °C.