Indium tin oxide (ITO) and reduced graphene oxide/indium tin oxide (rGO/ITO) thin films: effect of synthesis parameters on ozone gas detection

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2021
Autor(a) principal: Hernandez, Laureano Javier Ensuncho
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: eng
Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
ITO
Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/76/76132/tde-15122021-112210/
Resumo: 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.
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spelling Indium tin oxide (ITO) and reduced graphene oxide/indium tin oxide (rGO/ITO) thin films: effect of synthesis parameters on ozone gas detectionÓxido 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 ozônioElectrical propertiesGas sensorITOITOOzoneOzônioPropriedades elétricasSensor de gásSputteringSputteringNowadays, 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.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.Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USPMastelaro, Valmor RobertoHernandez, Laureano Javier Ensuncho2021-11-16info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttps://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/76/76132/tde-15122021-112210/reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USPinstname:Universidade de São Paulo (USP)instacron:USPLiberar o conteúdo para acesso público.info:eu-repo/semantics/openAccesseng2021-12-16T12:49:03Zoai:teses.usp.br:tde-15122021-112210Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://www.teses.usp.br/PUBhttp://www.teses.usp.br/cgi-bin/mtd2br.plvirginia@if.usp.br|| atendimento@aguia.usp.br||virginia@if.usp.bropendoar:27212021-12-16T12:49:03Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP - Universidade de São Paulo (USP)false
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