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Master's Dissertation
DOI
https://doi.org/10.11606/D.76.2021.tde-15122021-112210
Document
Author
Full name
Laureano Javier Ensuncho Hernandez
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2021
Supervisor
Committee
Mastelaro, Valmor Roberto (President)
Scalvi, Luis Vicente de Andrade
Silva, Luis Fernando da
Title in English
Indium tin oxide (ITO) and reduced graphene oxide/indium tin oxide (rGO/ITO) thin films: effect of synthesis parameters on ozone gas detection
Keywords in English
Electrical properties
Gas sensor
ITO
Ozone
Sputtering
Abstract in English
Nowadays, continuous attempts are being employed to obtain gas sensors materials with high sensitivity, fast response, good selectivity, and low detection limits. Resistive-based gas sensors based on semiconductor metal oxides (SMOs) are most widely used for gas detection applications. However, their poor selectivity and high operating temperature have given rise to the need to implement several strategies to overcome these drawbacks and, at the same time, reach enhanced sensitivity. Among them, binary, ternary metal oxides, variations in synthesis conditions, and implementing SMOs with other materials, such as reduced graphene oxide (rGO) have been explored. In this context, the gas sensing properties towards ozone gas of Indium Tin Oxide (ITO) thin films obtained by frequency-sputtering method was evaluated. ITO, which is composed of indium oxide (In2O3) and tin oxide (SnO2)), was deposited under different deposition conditions (ex- and in- situ thermal annealing) and sputtering atmosphere (Ar or Ar+O2), as well as the formation of a rGO/ITO thin film was explored. The results show that the sample heat-treated ex-situ at 300°C presents the best response to ozone gas under the same working temperature and ozone amount. Its optimal operating temperature and thin film thickness towards ozone detection was 300°C and 100 nm, respectively. The film deposited in the argon atmosphere (Ar-film) shows a higher ozone response than that deposited in an argon and oxygen mixing atmosphere (Ar+O2). The rGO/ITO thin film deposited in the Ar atmosphere does not display a larger difference in the response in relation to the ITO film deposited on Ar atmosphere. On the other hand, the rGO/ITO thin films deposited in the Ar and O2 atmospheres (rGO/Ar+O2) exhibit a higher response regarding the ITO film deposited in Ar+O2 atmosphere on the same conditions. Moreover, the ozone sensing response of the rGO/ITO thin film deposited on Ar+O2 atmosphere presents a better response when operating at 200°C. At 200°C, its response is approximately three times compared when measured at 300°C.
Title in Portuguese
Óxido de indio e estanho (ITO) e óxido de grafeno reduzido/ óxido de indio e estanho (rGO/ITO) na forma de filmes finos: efeito dos parâmetros de síntese na detecção do gás ozônio
Keywords in Portuguese
ITO
Ozônio
Propriedades elétricas
Sensor de gás
Sputtering
Abstract in Portuguese
Atualmente, diferentes estratégias estão sendo empregadas para obter materiais sensores de gás com alta sensibilidade, resposta rápida, boa seletividade e baixos limites de detecção. Sensores de gás baseados em semicondutores de oxido metálicos (SMOs) resistivos estão entre os mais amplamente usados como aplicações de detecção de gás. No entanto, a maioria dos materiais apresenta baixa seletividade e alta temperatura de operação, senso assim necessário, utilizar diferentes estratégias para superar essas desvantagens e, ao mesmo tempo, atingir maior sensibilidade. Entre eles, o uso de óxidos metálicos binários e ternários, variações nas condições de síntese, bem como a implementação de SMOs com outros materiais, como por exemplo, com o oxido de grafeno reduzido (rGO) tem sido explorados. Nesse contexto, foram avaliadas a propriedades de detecção em relação ao gás ozônio de filmes finos de Óxido de Índio e Estanho (ITO) obtidos pelo método de pulverização catódica por radiofrequência. ITO, que é composto de óxido de índio (In2O3) e óxido de estanho (SnO2), foi depositado sob diferentes condições de deposição (recozimento térmico ex- e in- situ) e atmosfera de pulverização catódica (Ar ou Ar+O2), bem como a formação de um filme fino de rGO/ITO foi explorado. Os resultados mostram que a amostra tratada termicamente ex-situ a 300°C apresenta a melhor resposta ao ozônio em comparação com os processos ex- e in- situ a 500°C e 200°C, respectivamente, com uma ótima temperatura de operação a 300°C para detecção de ozônio e espessura do filme igual a 100 nm. O filme depositado em atmosfera de argônio (Ar) apresentou uma resposta maior do que o filme tratado em uma atmosfera de argônio e oxigênio (Ar+O2). A formação de um filme de rGO com o filme de Ar (filme rGO/Ar) não levou a uma grande diferença de sensibilidade em relação ao filme de Ar. Por outro lado, o filme depositado sobre rGO e tratado em uma atmosfera de Ar+O2 exibiu uma maior resposta em relação ao filme de Ar+O2. Além disso, a resposta na detecção do ozônio do filme de rGO/Ar+O2 aumentou quando a temperatura operacional foi igual a 200°C. A 200°C, a resposta foi aproximadamente três vezes maior comparada com a medida realizada a 300°C.
 
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Publishing Date
2021-12-16
 
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