CO sensitivity of undoped–ZnO, Cr–ZnO and Cu–ZnO thin films obtained by spray pyrolysis

J.L. González–Vidal ª, M. de la L. Olvera^b, A. Maldonado^b, A. Reyes–Barranca^b and M. Meléndez–Lira^c

ª C.I.T.I.S. Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo, Carretera Pachuca–Tulancingo Km. 4.5, Pachuca, Hidalgo, 42076, México, e–mail: jolvidal@yahoo.com.mx

^b Depto. de Ingeniería Eléctrica, CINVESTAV–IPN, Apartado Postal 14–740, México D.F. 07000, México

^c Depto. de Física, CINVESTAV–IPN, Apartado Postal 14–740, México D.F. 07000, México

Recibido el 27 de octubre de 2004
Aceptado el 26 de mayo de 2005

Abstract

In this work, we present the gas–sensing properties of chemically sprayed undoped (ZnO), copper–doped (Cu–ZnO), and chromium–doped ZnO thin films (Cr–ZnO), in an atmosphere of carbon monoxide, CO. Films were deposited at 400°C, using zinc acetylacetonate as zinc precursor. Three different atomic concentration ratios of the dopant were tested. A maximum sensitivity of the order of four orders of magnitude was obtained at measurement temperatures of 200 and 300°C in an atmosphere containing 100 ppm of CO. It was found that chromium doping favors a higher sensitivity at lower measurement temperatures (200°C), whereas the best sensitivity appears in copper–doped ZnO films at higher measurement temperatures (300° C). The thinnest films exhibited higher sensitivities.

Keywords: Zinc oxide; thin films; gas sensor; carbon monoxide.

Resumen

En este trabajo presentamos las propiedades sensoras de películas delgadas de óxido de zinc sin dopar (ZnO) y dopadas con cromo (Cr–ZnO) o cobre (Cu–ZnO) en una atmósfera de monóxido de carbono, CO. Las películas fueron depositadas a 400° C, usando acetyl–acetonato de zinc como fuente del zinc. Tres diferentes concentraciones de dopante fueron utilizadas. Una sensibilidad máxima del orden de cuatro ordenes de magnitud fue obtenida a temperaturas de medición de 200 y 300° C, para las películas dopadas con Cr y Cu, respectivamente, en una atmósfera de CO a una concentración de 100 ppm. Las películas impurificadas con Cr mostraron su máxima sensibilidad a temperaturas más bajas (200°C) respecto a las películas impurificadas con Cu, las cuales presentaron su máxima sensibilidad a 300°C. Las películas más delgadas siempre mostraron mayor sensibilidad.

Descriptores: Oxido de zinc; películas delgadas; sensor de gases; monóxido de carbono.

PACS: 68.55.–a; 68.55.Jk; 82.65.–I; 82.65.My

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Acknowledgments

The authors wish to thank M. A. Luna–Arias, A. Palafox, and R. Fragoso for their technical support. This work was supported by the Conacyt through the contract numbers 39487–Y and 41251–A.

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