Estudio de las Películas de ZnO:X Como Detector de Vapor de Etanol

Abstract

Se han fabricado películas delgadas de óxido de zinc (ZnO) dopadas (Al, Cu, In o Sn) y sin dopar por la técnica de Rociado Pirolítico (RP) para ser estudiadas como materiales activos en la detección de vapor de etanol. Las películas delgadas fueron crecidas sobre substratos de alúmina (para estudiar su propiedad como sensor de etanol) y sobre substratos de vidrio (para analizar su estructura y composición). La caracterización estructural y de composición del material se efectuó mediante Difracción de Rayos X (DRX), Microscopía Electrónica de Barrido (MEB) y Espectroscopía de Energía Dispersiva de rayos X (EED). Los resultados de EED indican que la relación de porcentajes atómicos de Zn en la solución pulverizada y en la película obtenida son proporcionales. Los resultados de DRX nos indican que los dopantes influyen en la estructura policristalina de las películas obtenidas variando en cada caso la dirección preferencial de crecimiento. Cuando se dopa con Cu e In el plano (002) desaparece para altos dopajes mientras que con los dopantes Al y Sn se mantiene dicha dirección preferencia] de crecimiento. Los tamaños de grano de las películas dopadas con Sn y Al (35 - 40 nm) son mayores que la sin dopar (aprox. 30 nm), mientras que son menores las dopadas con In y Cu(15-25nm). Para la detección de vapor de etanol se comprueba que la temperatura es un factor importante para las propiedades dinámicas de la respuesta eléctrica del sensor (tiempo de respuesta, adsorción, desorción, etc), siendo 400°C la temperatura óptima. La concentración de vapor de etanol hace aumentar la conductancia de las películas delgadas de ZnO tanto las sin dopar como de las dopadas. La sensibilidad a etanol de las películas delgadas de ZnO se incrementa al ser dopadas con Sn, Al e In respecto a la sin dopar, mientras que al ser dopadas con Cu para proporciones atómicas menores que 0,02 disminuye y se incrementa para mayores proporciones. Las películas de óxido de zinc dopadas con Sn son más sensibles que las dopadas con Al, In y Cu. La película de ZnO:Sn más sensible se obtiene cuando la proporción en solución de Sn/Zn es 0,15. La sensibilidad a 12 ppm de vapor de etanol del ZnO:Sn (O,15de Sn/Zn en solución) es de 80 y 14 para la película sin dopar. En este trabajo se ha encontrado que los óxidos fabricados responden a la presencia de etanol tal como lo predice el modelo teórico según el cual el etanol actúa como gas reductor modificando la conductividad de semiconductores tipo n.