Estudio de sensado de CO₂ con estructuras de óxido de estaño-silicio poroso modificado con Pt/Pd

En este trabajo, se estudian las propiedades de detección del óxido de estaño como material sensor en la detección de CO₂ y la influencia que tienen los aditivos (platino y paladio) en la sensibilidad del sensor. El SnO₂ y las configuraciones SnO₂-Pt y SnO₂-Pd se depositaron en los sustratos macroporosos (SiP) y de silicio cristalino (SiC). La microscopía electrónica de barrido (SEM) revela la formación de nanoestructuras de óxido metálico poroso dependientes de la porosidad del sustrato. Además, se estudiaron las propiedades mejoradas de detección de CO₂ de Pt-SnO₂ / SiP y Pd-SnO₂ con respecto a la muestra de control SnO₂-SiP en función del tiempo de deposición, la concentración de gas y la temperatura de operación (100 °C). Esto permitió establecer las concentraciones óptimas de cada uno de los aditivos, para incrementar la sensibilidad y disminuir el tiempo de respuesta y el tiempo de recuperación. Para la síntesis de SnO₂ se utilizó el método de precipitación homogénea. El diámetro promedio de las partículas fue de 147 nm. La sensibilidad máxima obtenida fue de 98% utilizando la configuración Pt-SnO₂-SiP con una concentración de Pt de 1x10-7 M; esta sensibilidad es mayor a la que se reporta para sensores de CO₂ fabricados con SnO₂. Se descubrió que, el Pt a una concentración de 1x10-3 M permite que el sensor reaccione relativamente más rápido (11s) a diferencia de las otras concentraciones utilizadas, las cuales estuvieron cerca o bien rebasaron el minuto. Del mismo modo, el paladio a una concentración de 1x10-4 M contribuyó a mejorar la sensibilidad obteniéndose una sensibilidad máxima de 85 % a una temperatura de operación de 100 °C. En esta investigación se logró aumentar la sensibilidad de los sensores por dos vías: utilizando aditivos y sustratos porosos, ya que este último las propiedades de detección de gas de ambas películas de SnO2 en un factor de 4 con respecto a las películas sobre sustratos de SiC debido al aumento en el área de superficie específica. Independientemente del tipo de sustrato (SiC o SiP), las películas de Pt-SnO2 mostraron una mayor sensibilidad que las películas de Pd-SnO₂ y SnO2 debido a que el aditivo metálico reside en la superficie del semiconductor, en forma de racimos dispersos, lo que aumenta el coeficiente de adsorción. Adicionalmente, la información obtenida, nos da una idea de los mecanismos involucrados durante el proceso de detección.