Ανάπτυξη νανοδομημένων λεπτών υμενίων CuO και εφαρμογή τους στην αίσθηση CO

Abstract

Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη των ηλεκτρικών και μορφολογικών ιδιοτήτων λεπτών υμενίων οξειδίου του χαλκού και η εφαρμογή τους σαν αισθητήρες μονοξειδίου του άνθρακα. Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται μια ανασκόπηση των τεχνολογιών αίσθησης αερίων, με έμφαση στις πιο καινοτόμες προσεγγίσεις. Στο δεύτερο κεφάλαιο εξετάζονται τόσο η κρυσταλλική, όσο και η ηλεκτρονιακή δομή των οξειδίων του χαλκού προκειμένου να είμαστε σε θέση να εξηγήσουμε τη συμπεριφορά τους σαν αισθητήρες. Στο τρίτο κεφάλαιο επιχειρείται να δοθεί ένα μαθηματικό μοντέλο που να περιγράφει τον μηχανισμό αίσθησης των ημιαγώγιμων οξειδίων με ενδογενή αγωγιμότητα p-τύπου, ενώ στο τέταρτο κεφάλαιο παρουσιάζονται οι διάφορες τεχνολογίες ανάπτυξης ημιαγώγιμων οξειδίων μετάλλων. Στη συνέχεια ακολουθεί το πειραματικό κομμάτι, όπου μελετώνται οι ιδιότητες (ηλεκτρικές, μορφολογικές) τεσσάρων λεπτών υμενίων οξειδίου του χαλκού, τα οποία έχουν αναπτυχθεί με τη μέθοδο παλμικής εναπόθεσης με laser (pulsed laser deposition-PLD). Έπειτα γίνεται η δοκιμή τους σαν αισθητήρες αίσθησης μονοξειδίου του άνθρακα και στο τελευταίο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα τελικά συμπεράσματα.

The purpose of this diploma thesis is to study the electrical and morphological properties of thin films of copper oxides, and their application as carbon monoxide sensors. The first chapter gives an overview of gas sensing technologies, with emphasis on more innovative approaches. In the second chapter are discussed, both the crystalline and the electronic structure of copper oxides, in order to be able to explain their behavior as sensors. The third chapter attempts to give a mathematical model, which describes the sensing mechanism of semiconducting metal oxides with intrinsic p-type conductivity, while in the fourth chapter are presented several technologies with which semiconducting metal oxides can be developed. In the experimental part that follows, is attempted an illustration of the electrical and morphological properties of four samples of copper oxide, deposited by pulsed laser deposition (PLD). The samples were firstly characterized by scanning electron microscopy (SEM), atomic force microscopy (AFM) and Van der Pauw method. Then they were examined as carbon monoxide sensors. The study’s results are presented in the last chapter.