High Precision Gas Sensors Built With Ceramic Nanofilms - Poiasina, Mariana Paola (2017)
Semiconductores como el SnO2 (puros o dopados), han sido intensamente utilizados para construir sensores de gases de película gruesa de tipo resistivo que permitan detectar gases tóxicos o combustibles: NOx, SO2, CO, H2, CH4 o VOCs (Volatile Organic Compounds). Los sensores convencionales basados en SnO2 microcristalino resultan interesantes debido a su alta sensibilidad y a su temperatura de operación (Top) relativamente baja (350-450) oC. Los autores han probado que la sensibilidad de varios de los sensores, construidos en el DEINSO-CITEDEF, aumenta en (30-35)% y la Top disminuye de (350-450)ºC a un rango de (180-220)ºC si el SnO2 microcristalino convencional es reemplazado por SnO2 nanocristalino para la construcción de los dispositivos. En consecuencia, en los últimos años, se han sintetizado polvos nanocristalinos, con una alta relación [superficie/volumen] y se han empleado con mejoras considerables en los dispositivos. Los sensores de tipo resistivo operan en presencia de oxígeno y se han estudiado los mecanismos de sensado para los casos de SnO2 micro- y nanocristalino. El objetivo de este trabajo fue construir un sensor de película fina con SnO2 puro nanocristalino para obtener un dispositivo para detectar ppm de hidrógeno en aire y optimizar su comportamiento. Se eligió construir el sensor de H2 para poner a punto las técnicas de película fina multicapas que luego se usarán en la construcción de un sensor fabricado con SnO2 dopado con Cu2O para medir ppm de SH2 (g) en aire. El SnO2 nanocristalino puro para medir H2 fue sintetizado por tres técnicas de película fina cuyos resultados se compararon y caracterizaron por DRX, determinando el tamaño de cristalita (ecuación de Scherrer) y estudiando las tensiones generadas por cada film. Las películas delgadas debido a su espesor, a su depósito en capas múltiples y a los tratamientos térmicos a los cuales son sometidas, producen tensiones las que, a su vez, causan defectos tales como dislocaciones, bordes de grano, interfaces o intercaras, aglomeraciones de vacancias, etc. que aceleran los procesos difusionales de los gases en los materiales sensibles y, en consecuencia, mejoran la performance del sensor. También se caracterizaron los films por la técnica de absorción BET y se observó la morfología por HRTEM. Estas dos últimas técnicas se efectuaron en los primeros crecimientos. Técnicas de. SEM se emplearon para medir espesores de los films y la rugosidad o relieve de las superficies. Se realizaron las mediciones de la sensibilidad del sensor de H2 y se compararon con datos dereferencia propia de los autores. Se describe también el circuito electrónico de control del sensor (de doble meandro obtenido por MEMS) que se ha mejorado mediante un nuevo circuito de medición microcontrolado, modular y transportable, que permite programar la temperatura de trabajo, los modos de operación del sensado, la calefacción y los tiempos de conmutación entre ellos.