Estudo das propriedades elétricas de filmes de Zn₁₋ ₓCdxO para o desenvolvimento de um sensor de gases para auxiliar no combate a incêndios.

Abstract

Nessa dissertação investigou-se o efeito do gás atmosférico aquecido sobre as propriedades elétricas de filmes finos de semicondutores baseados no composto Zn₁₋ ₓCdxO do tipo n, variando “x” entre 0,0 e 1,0. As amostras foram crescidas em substrato de vidro ou de silício, através da técnica de Spray Pirólise (SP), ocorrendo tratamento térmico em atmosfera de oxigênio ou de nitrogênio em alguns filmes. Estes procedimentos foram realizados no Laboratório de pesquisa do Grupo de Optoeletrônica e Magneto-Óptica (GOMa) da Universidade Federal de São Carlos (UFSCar). Através da Microscopia de Força Atômica (AFM) obtiveram-se imagens da superfície das amostras com área de varredura de 3 x 3μm² e 5 x 5μm², e avaliadas as rugosidades dos filmes. Realizaram-se medições elétricas nas amostras mencionadas, variando-se a temperatura de 25 ºC a 100 ºC, na quais se observou, no gráfico da condutividade elétrica em função do tempo, uma inversão do comportamento da condutividade quando a concentração de cádmio atinge um dado valor crítico. Para as amostras com x 0,55 a condutividade elétrica aumenta quando exposta a gás atmosférico aquecido. Isto ocorre devido à imigração do Zn intersticial para a superfície e subsequente reação com o O₂ adsorvido com consequente redução da camada de depleção. Por outro lado, é observada uma diminuição da condutividade elétrica para os filmes com x > 0,55. Foi suposto que este efeito se deve à captura de elétrons de condução por átomos de oxigênio adsorvidos ou que ocupem vacâncias de oxigênio na região do contorno de grão. A amostra que apresentou o melhor resultado para um protótipo de um sensor de gases foi a Zn0, ₄ ₅ Cd0, ₅₅O, crescida em substrato de silício, sem sofrer tratamento térmico, pois este material mostrou boa reprodutibilidade, boa relação sinal-ruído e a possibilidade de aplicar uma tensão baixa.