dc.contributor.author | Araujo, Estacio Paiva | |
dc.date.accessioned | 2022-05-27T15:47:03Z | |
dc.date.available | 2022-05-27T15:47:03Z | |
dc.date.issued | 2022-04-11 | |
dc.identifier.citation | ARAUJO, Estacio Paiva. Sensores baseados em nanofios semicondutores de SnO2: fotodetector de luz UV e sensor de gás. 2022. Tese (Doutorado em Física) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2022. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/16203. | * |
dc.identifier.uri | https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/16203 | |
dc.description.abstract | In this work, sensors employing SnO2 semiconductor nanowires as active layer for gas
and light detection were built. SnO2 nanowire samples were grown by VLS (VapourLiquid-Solid) method and morphological and structural properties were analyzed. XRD
results exhibited SnO2 tetragonal rutile phase, within space group P42/mnm and lattice
parameteres of a = b = 4.73 Å and c = 3.18 Å (JCPDS 41-1445). SEM images confirmed
the desired morphology and TEM images revealed monocristaline character. Two
different sensors’ architecture were chosen: a Metal-Semiconductor-Metal (MSM) with
a nanowire network and a Field Effect Transistor with a single nanowire (NWFET).
Current-voltage measurements of the SnO2 nanowire network devices with and without
ultraviolet (UV) and visible (VIS) irradiation ranges were studied. Results indicated that
a barrier is formed between the nanowire network and metallic contact when in
absence of light, whereas under UV illumination there was an appreciable
photoconductive gain and a small one under VIS illumination. NWFET’s values of charge
density and mobility were estimate, of 1.6x1019 cm-3 and 3.7x10-4 cm2/Vs, respectively.
Under UV illumination, the NWFET presented an ambipolar behavior, while under VIS
illumination a unipolar response. SnO2 nanowire network’s photoresponse had a ION/IOFF
ratio of 170 and 8.2 for UV and VIS light, respectively. In addition, response time was 2.8
s for UV light and 98s for VIS light, althought UV light measurements presented multiple
decay times of 0.55 s and 145.84 s and for VIS light only one decay time of 153 s. NWFET
photodetector response curves displayed a ION/IOFF ratio of 309 and 57 for VDS = + 1 V
and VDS = - 1 V, respectively. For a positive voltage, VDS = + 1 V, the rise time was about
0.59 s and decay time was 0.63 s. Under a negative applied voltage, VDS = - 1 V, rise and
decay times were 0.68 s and 0.75 s, respectively, were obtained. For the VIS light
condition, no photocurrent variation in the NWFET was observed. The SnO2 nanowire
network device was also used to study gas sensoring at room temperature. Sensor
response, (), was found to be about 32 % and 9 % for acetone concentrations of 970
ppm and 50 ppm, respectively. In order to optimize and enhance the reponse, differentvii
values of applied voltage were tested, resulting in a response of 32 % for V = + 9 V and
49 % for V = + 0.1 V. Given that, smaller values of applied voltage improved our sensor’s
response. | eng |
dc.description.sponsorship | Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) | por |
dc.language.iso | por | por |
dc.publisher | Universidade Federal de São Carlos | por |
dc.rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil | * |
dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/ | * |
dc.subject | Nanofios | por |
dc.subject | Oxido de estanho | por |
dc.subject | Sensores | por |
dc.title | Sensores baseados em nanofios semicondutores de SnO2: fotodetector de luz UV e sensor de gás | por |
dc.title.alternative | Sensors based on SnO2 semicondutors nanowires: UV photodetector and gas sensor | eng |
dc.type | Tese | por |
dc.contributor.advisor1 | Chiquito, Adenilson Jose | |
dc.contributor.advisor1Lattes | http://lattes.cnpq.br/7087360072774314 | por |
dc.description.resumo | Nesse trabalho foram construídos sensores que utilizam nanofios semicondutores
de SnO2 como camada ativa para a detecção de luz e gás. Os nanofios de SnO2 foram
crescidos via o método VLS (Vapor-Líquido-Sólido) e no intuído de entender as suas
propriedades estruturas e morfológicas as amostras foram analisadas. O resultado da
Difração de Raio-X mostrou a fase tetragonal do tipo rutila do SnO2 com o grupo espacial
P42/mnm e os parâmetros de rede encontrados foram com a = b = 4.73 Å e c = 3.18 Å
(JCPDS 41-1445). As imagens MEV (Microscopia Eletrônica de Varredura) confirmaram
a morfologia desejada e as imagens de MET (Microscopia Eletrônica de Transmissão)
revelaram o caráter monocristalino. Duas arquiteturas diferentes foram escolhidas para
a fabricação dos sensores: uma estrutura Metal-Semicondutor-Metal (MSM) com a rede
de nanofios e o transistor de efeito de campo utilizando apenas um único nanofio
(NWFET). As medidas corrente-tensão do dispositivo com a rede de nanofios de SnO2
foram estudas em três condições: sem iluminação e com iluminação nas faixas
ultravioleta (UV) e visível (VIS). Os resultados indicaram possíveis barreiras formadas
entre a interface rede de nanofios e o contato metálico na ausência de luz, enquanto
sob iluminação UV houve um ganho fotocondutivo apreciável e sob iluminação VIS uma
pequena variação na corrente elétrica foi notada. Dispositivos NWFET foram estudados
e obtiveram-se os valores de densidade de carga e mobilidade como sendo 1.6x1019 cm-
3 e 3.7x10-4 cm2/Vs, respectivamente. Sob iluminação UV os dispositivos NWFET
mostraram uma resposta ambipolar e enquanto para a faixa VIS a resposta foi unipolar.
A fotoresposta para dispositivos com a rede de nanofios de SnO2 mostraram razões
ION/IOFF de 170 e 8.2 para UV e VIS, respectivamente. Além desses dados, o tempo de
resposta obtido foi de 2.8 s (UV) e 98 s (VIS), porém observou-se que sob iluminação UV
múltiplos processos de decaimento foram excitados, sendo obtido 0.55 s e 145.84 s
enquanto que para luz VIS somente um decaimento com 153 s. Os dispositivos NWFET
apresentaram respostas com razão ION/IOFF de 309 e 57 para VDS = + 1 V e VDS = -1 V,
respectivamente. Para tensão positiva, VDS = + 1 V, o tempo de resposta foi de 0.59 e ov
tempo de decaimento foi de 0.63 s e sob tensão negativa, VDS = - 1 V, os tempos de
resposta e de decaimento para a luz UV foram de 0.68 s e 0.75 s, respectivamente. Para
a luz VIS não foram observadas variações na fotocorrente apreciáveis. O sensor de gás
foi estudado usando a rede de nanofios de SnO2 operando na temperatura ambiente. A
resposta do sensor, (), alcança 32% e 9% para as concentrações do vapor de acetona
de 970 ppm e 50 ppm, respectivamente. Afim de otimizar e melhorar a resposta do
sensor, diferentes valores de tensão foram testados, resultando em uma melhoria na
detecção de 32% em V = + 9 V para 49% em V = + 0.1 V. Dessa forma, menores valores
de tensão aplicada geraram uma melhoria da resposta do sensor. | por |
dc.publisher.initials | UFSCar | por |
dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Física - PPGF | por |
dc.subject.cnpq | CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA::FISICA DA MATERIA CONDENSADA::ESTRUTURAS ELETRONICAS E PROPRIEDADES ELETRICAS DE SUPERFICIES INTERFACES E PELICULAS | por |
dc.description.sponsorshipId | CAPES: Código de Financiamento 001 | por |
dc.publisher.address | Câmpus São Carlos | por |
dc.contributor.authorlattes | http://lattes.cnpq.br/5669604578234007 | por |