Investigación

 

Application of the total internal reflection phenomenon as a gas sensing technique using evaporated SnO₂ thin films

 

L. Martínez Pérez^a,b, V. Altuzar^c, N. Muñoz Aguirre^c, V. Garibay-Febles^c, M. Lozada-Cassou^c, M. Aguilar-Frutis^a and O. Zelaya-Angel^d

 

^a Centro de Investigación en Ciencia Aplicada y Tecnología Avanzada del Instituto Politécnico Nacional, Legaria 694, Col. Irrigación, C. P. 11500 México D.F., México. e-mail: buhomartin@yahoo.com, maguilar@cicata.ipn.mx.

^b Unidad Profesional Interdisciplinaria en Ingeniería y Tecnologías Avanzadas del Instituto Politécnico Nacional, Av. IPN No. 2580, Col. Barrio La Laguna Ticomán, C.P. 07340, México D.F., México.

^c Programa de Ingenería Molecular, Instituto Mexicano del Petróleo, Apartado Postal 14-805, Eje Central Lázaro Cárdenas no. 152, Col. San Bartolo Atepehuacan, CP 07730 México D.F., México. e-mail: valtuzar@imp.mx, nmag804@avantel.net, vgaribay@imp.mx, lozada@imp.mx.

^d Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del Instituto Politécnico Nacional, Apartado Postal 14-740, Av. IPN 2508, Col. San Pedro Zacatenco, C.P. 07000 México D.F., México. e-mail: ozelaya@fis.cinvestav.mx.

 

Recibido el 23 de enero de 2004.
Aceptado el 19 de abril de 2004.

 

Abstract

In this work it is shown that the Total Internal Reflection (TIR) phenomenon can be exploited for gas detection. Total internal reflectance measurements for evaporated SnO₂ thin films on quartz substrates are measured at ambient conditions. Changes in the reflectance measurements are measured when CO₂ or N₂ gas flows on the surface of the SnO₂ films. The observed shift in the measured reflectance is defined as the signal of the sensor. Preliminary results show that the maximum response takes place at incident angles close to the critical angle of the quartz-air system.

Keywords: Total Internal Reflection; Optical gas sensors; Tin dioxide thin films; anisotropic materials; and CO₂ detection.

 

Resumen

En este trabajo se demuestra como puede ser utilizado el fenómeno de Reflexión Interna Total para la detección de gases. En condiciones ambientales normales se midieron espectros de reflexión interna total de películas de SnO₂ evaporadas sobre substratos de cuarzo. Se midieron cambios en los espectros de reflectancia cuando las películas de SnO₂ se expusieron a flujos de gas de CO₂ o N₂. En base a los cambios observados en la reflectancia se define la serial del sensor. Resultados preliminares muestran que la respuesta máxima se obtiene para ángulos de incidencia en la vecindad del ángulo crítico del sistema cuarzo-aire.

Descriptores: Reflexión interna total; sensores ópticos de gas; películas delgadas de bióxido de estaño; materiales anisotrópicos; detección de CO₂.

 

PACS: 42.15.Eq; 42.25.Gy; 42.25.Ja.

 

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References

1. Th. Becker et al., Sens. Actuators B 69 (2000) 108.         [ Links ]

2. C. Pijolat, C. Pupier, M. Sauvan, G. Tournier, and R. Lalauze, Sens. Actuators B 59 (1999) 195.         [ Links ]

3. F. Meriaudeau et al., Sens. Actuators B 69 (2000) 51.         [ Links ]

4. J.R. Yu, G.Z. Huang, and Y.J. Yang, Sens. Actuators B 66 (2000) 286.         [ Links ]

5. R.M.A. Hzzam and N.M. Bashara, Ellipsometry and Polarized Light, North-Holland, 1977.         [ Links ]

6. G.I. Surdutovich, R.Z. Vitlina, A.V. Ghiner, S.F. Durant and V. Baranauskas, Appl. Opt. 37 (1998) 65.         [ Links ]

7. H. Wang, J. Modern Opt. 42 (1995) 497.         [ Links ]

8. C.L. Lin and J.J. Wu, Opt. Lett. 23 (1998) 22.         [ Links ]

9. Y.J. Jen and C.C. Lee, Opt. Lett. 26 (2001) 190.         [ Links ]

10. Micro concentrated cleaning solution, International Products, Burlington, N.J.

11. http://www.oxmat.co.uk/Crysdata/sno2.htm.

12. S.W. Lee, P.P. Tsai, and H. Chen, Sens. Actuators B 67 (2000) 122.         [ Links ]

13 . M. Egashira, An overview of semiconductor gas sensors, in: Proc. Symp. Chem. Sensors, 1987 Joint Congress, Electrochem. Soc. Japan and U.S. 39-48, (Honolulu, October, 1987).         [ Links ]

14. Fig. 8, K. von Rottkay and M. Rubin, Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 426 (1996) 449; http://eetd.lbl.gov/btp/papers/38586.pdf.         [ Links ]

15. R.C. Weast, S.M.S. Suby, and C.D. Hodman, Handbook of Chemistry and Physics, 46^th Edition, CRC 1965.         [ Links ]

16 . E. Hecht and A. Zajac, Optics, Addison- Wesley Publishing Company, Reading, (Massachusetts, E.U.A, 1974).         [ Links ]