Fabricación de películas delgadas de CCTO mediante sputtering para aplicaciones como sensor de gas

Abstract

El titanato de cobre y calcio, CaCu3Ti4O12 (CCTO), es una cerámica tipo perovskita que se puede enmarcar dentro de la familia de los semiconductores de óxidos metálicos (MOS). Es un material que genera gran interés tecnológico al poseer una constante dieléctrica muy alta, de hasta 105, en un amplio rango de temperatura y frecuencia, y un comportamiento no óhmico, siendo prometedor para aplicaciones en condensadores, antenas, dispositivos de microondas y sensores. En el último caso, el CCTO tiene ventajas desde el punto de vista de sus nanoestructuras porosas policristalinas. Una de las propiedades más importantes para un sensor de gas es detectar y monitorear gases y especies tóxicas sin descomposición o cambios en su microestructura. Debido a esto, muchos esfuerzos de investigación están orientados a mejorar la sensibilidad y selectividad de CCTO en sensores de gas, químicos y biosensores. En el marco del proyecto FONDECYT N° 1191779, el presente trabajo tiene como objetivo general estudiar la influencia de los parámetros de síntesis con la técnica de pulverización catódica, o magnetrón sputtering, sobre las películas cerámicas de CCTO, analizando las propiedades microestructurales y su potencial aplicación en sensores de gas. Para lo anterior, se fabricaron 7 películas delgadas de CCTO mediante magnetrón sputtering RF en dos etapas, con distintos parámetros de síntesis y, el posterior recocido a 900 [°C] de dichas películas. Luego, las muestras se caracterizan mediante difracción de rayos X (DRX) y microscopía electrónica de barrido (SEM). Además, se lleva a cabo un estudio del mercado de los sensores de gas en Chile para analizar la aplicación en sensores de gas de las películas delgadas de CCTO. Como resultados se obtiene que las temperaturas nominales aplicadas al sustrato durante los depósitos de la primera etapa son bajas, consiguiéndose películas amorfas. Luego, las películas fabricadas empleando únicamente temperatura en el sustrato presentan una sobre evaporación del cobre, mientras que los depósitos a los que se les añade polarización en el sustrato lograron disminuir este elemento en las películas. De este modo, se tiene un cumplimiento parcial de los objetivos, obteniéndose posterior a los tratamientos térmicos películas delgadas de CCTO con CuO y parámetros de red que oscilan entre 7,364 y 7,374 [Å] aproximadamente, por lo que se deben probar las propiedades como sensor de gas de estas muestras, ya que el CuO puede considerarse como dopante y podría mejorar propiedades del CCTO o hallar nuevas aplicaciones para éste. Además, se recomienda fabricar películas delgadas de CCTO con valores intermedios de polarización en el sustrato.