Síntesis y caracterización de un semiconductor ZnO dopado con Au para sensores de gas
DOI:
https://doi.org/10.17268/sciendo.2018.048Resumen
En esta investigación se sintetizaron películas de ZnO dopadas con Au, a través del método sol-gel; evaluando el efecto del porcentaje molar (3, 5 y 7%) de dopante y de la temperatura de recocido (400, 500 y 600°C) sobre las propiedades estructurales, de absorbancia, de sensibilidad a los gases H2 y CO, y eléctricas. Las mediciones de difracción de rayos X y la intensidad de las bandas de absorción ultravioleta-visible evidencian que, con el método utilizado, las películas delgadas de ZnO presentan la fase wurtzita. El aumento del porcentaje molar de Au disminuye el tamaño del cristal, mientras que la temperatura de recocido lo hace aumentar. Así también, con el incremento de Au y de la temperatura de recocido, disminuye el ancho de la banda prohibida y desplaza el pico del excitón hacia mayores energías. Con el aumento de porcentaje de dopante y de la temperatura de recocido, se incrementa el número de portadores de carga, mientras que la movilidad disminuye; incrementando también la sensibilidad a los gases CO e H2, obteniéndose como resultado una alta respuesta a la presencia de del gas H2 en todas las temperaturas ensayadas, y una respuesta ligera a la presencia de CO.Citas
Al-Ghamdi, S.; Al-Heniti, S.; Mahmoud, A. 2013. Schottky barrier effect of ZnO modified methyl glycol thin films for detection of hydrogen sulfide gas. Ceramic International 39: 5025–5030.
Buso, D.; Guglielmi, M.; Martucci, A.; Mattei, G.; Mazzoldi, P.; Sada, C.; and Post, M. 2006. Au and NiO nanocrystals doped into porous sol-gel SiO2 films and the effect on optical CO detection. Nanotechnology 17(10).
Buso, D.; Busato, G.; Guglielmi, M.; Martucci, A.; Bello, V.; Mattei, G.; Mazzoldi P.; and Post, M. 2007. Selective optical detection of H2 and CO with SiO2 sol–gel films containing NiO and Au nanoparticles. Nanotechnology 18(47).
Capper, K. 2006. Handbook of Electronic and Photonic Materials. Optical & Electronic Materials. Springer, USA.
Dai Pre, M.; Martucci, A.; Martin, J.; and Lavina, S. 2015. Structural features, properties, and relaxations of PMMA-ZnO nanocomposite. J Mater Sci 50: 2218–2228.
Della Gaspera, E.; Guglielmi, M.; Martucci, A.; Giancaterini L.; and Cantalini, C. 2012. Enhanced optical and electrical gas sensing response of sol-gel based NiO-Au and ZnO-Au nanostructured thin films. Sens. Actuators B Chem164: 54–63.
Della Gaspera, E.; Martucci, A. 2015. Sol-Gel Thin Films for Plasmonic Gas Sensors. Sensors 15: 16910-16928.
Della Gaspera, E.; Menin, E.; and Maggioni, G. 2018. Au Nanoparticle Sub-Monolayers Sandwiched between Sol-Gel Oxide Thin Films. Materials MDPI.
Deshwal, M.; and Arora, A. 2018. Enhanced acetone detection using Au doped ZnO thin film sensor. Journal of Materials Science: Materials in Electronics 29(18): 15315-15320.
Dilonardo, E.; Penza, M.; Alvisi, M.; Di Franco, C.; Palmisano, F.; Torsi, L.; Cioffi, N. 2016. Evaluation of gas-sensing properties of ZnO nanostructures electrochemically doped with Au nanophases. Journal of nanotechnology 7: 22–31.
Estrella, C. 2016. Mediciones Eléctricas por el Método de Cuatro Puntas en Películas Delgadas de Interés Fotovoltaico. Tesis de Maestría. Instituto Politécnico Nacional de Altamira, México. 156 pp.
Farfán, A. 2015. Determinación teórica de la banda prohibida Band gap del Bi(OH)CrO4 en su estructura mínima, celda unitaria y sistema periódico. Tesis de Doctorado. Universidad de Ciencias Aplicadas y Ambientales, Bogotá. 160 pp.
Ferro, R. 2015. Contribución al desarrollo de óxidos semiconductores depositados por rocío químico pirolítico para uso en celdas solares y sensores de gases. Tesis de Doctorado. Universidad de Habana, Cuba. 220 pp
Hasuike, R.; Maha, A., and et al. 2007. Structural properties of nanometre-sized ZnO crystals raties of nanometre-sized ZnO crystals. Journal of Physics: Condensed Matter, pp. 8.
Jauregui, S.; Perales-Pérez, O. 2015. Nanopartículas de ZnO dopado con cobalto: Caracterización estructural y óptica y su posible aplicación para remediación ambiental. Articulo presentado en Congreso. University of Puerto Rico at Mayaguez, USA.
Jlassi, M.; Sta, I.; and Hajji M. 2014. Optical and electrical properties of nickel oxide thin films synthesized by sol–gel spin coating. Material science in Semiconductor Processing 21: 7-13.
Korzhand, Z.; Abrishami, E.; Abd, W.H.; Yousefi, E. ; Hosseini, SN. 2011. Effects of annealing temperature on some structural and optical properties of ZnO nanoparticles prepared by a modified sol-gel combustion method. Ceramics International 37: 393 – 398.
Mahmoud, W; Yaghmour, S.J. 2012. Synthesis, characterization and luminescence properties of thiol-capped CdSe quantum dots at different processing conditions. Optical Materials Volume 35: 652–656.
Nickel, N.; Terukov, E. 2005. Zinc Oxide - A Material for Micro and Optoelectronic. Applications. Netherlands: Nato Science Series II, Vol. 194.
Pérez, A. 2014. Películas delgadas de TiO2 modificado con Co para su aplicación en sistemas electrocatalicos y fotocatalíticos. Tesis de Doctorado. Universidad Autónoma del Estado de México. 220 pp.
Shaviv, R.; Rham, S.; Woytowtz, P. 2005. Optimizing the precisión of the four-point bend test for the measurement of thin film adhesion. Microeletronic Engeneering 82(2): 99-112.
Sriram, S.; Thayumanavan, A. 2013. Structural, Optical and Electrical Properties of NiO Thin Films Prepared by Low Cost Spray Pyrolysis Technique. International Journal of Materials Science and Engineering 1(2): 118-121.
Umeokwonna, N.; Ekpunobi, A. 2015. Effect of cobalt doping on the optical properties of nickel cobalt oxide nanofilms deposited by electrodeposition method. International Journal of Technical and Applications 4(4): 347-351.
Verónica, H. 2010. Producción y caracterización de películas semiconductoras de ZnO sobre sustratos de vidrio por la técnica de baño químico (CBD). Tesis de Doctorado. Universidad Nacional de Colombia. 230 pp.
Zak, K.; Majid, W.; Darroudi, M.; and Yousefi, R. 2011. Synthesis and characterization of ZnO nanoparticles prepared in gelatin media. Material Letters 65(2): 70-73.
Zayer, N.; Greerf, R.; Rogers, K.; and Grellier, A. 2009. In situ monitoring of sputtered zinc oxide films for piezoelectric transducers. Thin Solid Films 352(2): 179.
Zhang, K.; Fan, G.; Hu, R.; and Guang Li. 2015. Enhanced Dibutyl Phthalate Sensing Performance of a Quartz Crystal Microbalance Coated with Au-Decorated ZnO Porous Microspheres. Sensors 15: 21153-21168.
Zúñiga, C. 2011. Obtención de películas delgadas de (CdO)x(ZnO)1-x por la técnica de sol-gel y su caracterización. Tesis de Maestría, Instituto Politécnico Nacional IPN, México. 145 pp.
Wang, R.; Xie, S.; and et al. 2008. Low-temperature growth and properties of ZnO nanowires. Appl. Phys. Lett. 84: 4941 – 4943.