Nueva química para los sensores de gas ultra-delgado

Nuevo proceso para las capas de óxido de zinc que puede ser utilizado para los sensores de óxido de nitrógeno, así como la capa de protección en el plástico

02.07.2020 - Alemania

La aplicación de las capas de óxido de zinc en la industria es múltiple y abarca desde la protección de bienes degradables hasta la detección de gas tóxico de óxido de nitrógeno. Esas capas pueden depositarse mediante la deposición de capas atómicas (ALD), que emplea compuestos típicamente químicos, o simplemente precursores, que se encienden inmediatamente al entrar en contacto con el aire, es decir, son altamente pirofóricas. Un equipo de investigación interdisciplinario de la Ruhr-Universität Bochum (RUB) ha establecido ahora un nuevo proceso de fabricación basado en un precursor de zinc no pirofórico que puede procesarse a temperaturas lo suficientemente bajas como para permitir el recubrimiento de plásticos.

Depositar capas ultrafinas

Para producir un sensor de dióxido de nitrógeno (NO2), se debe aplicar una fina capa de óxido de zinc nanoestructurado (ZnO) a un sustrato de sensor y luego integrarlo en un componente eléctrico. El equipo de la profesora Anjana Devi utilizó ALD para aplicar capas ultrafinas de ZnO en dichos sustratos de sensores.

En general, los procesos de ALD se utilizan en la industria para miniaturizar los componentes eléctricos utilizando capas ultrafinas, algunas de las cuales sólo tienen unas pocas capas atómicas de espesor, y al mismo tiempo aumentan su eficiencia. Para ello se necesitan precursores adecuados que reaccionen en las superficies para formar una película tan fina. "La química detrás de los procesos de ALD es por lo tanto esencial y tiene un enorme impacto en las películas finas resultantes", señala Anjana Devi.

Manipulación segura y máxima calidad

Hasta la fecha, los fabricantes industriales han estado produciendo películas finas de ZnO mediante el despliegue de un precursor de zinc extremadamente reactivo y altamente pirofórico a través de la ALD. "La clave para el desarrollo de un proceso ALD alternativo y seguro para el ZnO en RUB fue desarrollar un nuevo precursor no pirofórico que sea seguro de manejar y que sea capaz de depositar películas finas de ZnO de la más alta calidad", explica Lukas Mai, autor principal del estudio. "El reto era encontrar químicos alternativos para reemplazar los compuestos pirofóricos que generalmente se usan en la industria para el ZnO".

El aspecto único del nuevo proceso es que puede realizarse a temperaturas de proceso muy bajas, facilitando así la deposición sobre los plásticos. Por consiguiente, el nuevo proceso puede utilizarse no sólo para la fabricación de sensores de gas, sino también de capas de barrera de gas. En la industria de los embalajes, esas capas se aplican sobre los plásticos para proteger del aire los bienes degradables, como los alimentos o los productos farmacéuticos.

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Publicación original

Lukas Mai et al.; "Zinc Oxide: From precursor chemistry to gas sensors: Plasma‐enhanced atomic layer deposition process engineering for zinc oxide layers from a nonpyrophoric zinc precursor for gas barrier and sensor applications"; Small, 2020

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