Crecimiento y caracterización de películas bicapa CdSe/calix[n]arenos para su aplicación como sensor químico

Abstract

RESUMEN: En este trabajo se prepararon películas bicapa del sistema CdSe/p-terbutil-calix[4]areno (CdSe/C4A) encaminado a su aplicación como sensor químico. Las películas delgadas de Selenuro de Cadmio fueron depositadas por la técnica de Depósito en Baño Químico (DBQ) sobre substratos de Óxido de Indio–Estaño (ITO por sus siglas en inglés). Los precursores utilizados fueron Na2SO3Se y CdCl2 como agente complejante se empleó NH4OH. Se evaluó la influencia de los parámetros experimentales como la temperatura, concentración y tiempo de depósito para conocer su influencia en la estructura morfológica, así como en sus propiedades ópticas y eléctricas. La película bicapa fue obtenida mediante la deposición del compuesto orgánico p-terbutil-calix[4]areno, el cual tiene la capacidad de formar complejos tipo “anfitrión-huésped”. La deposición de la película p-terbutil-calix[4]areno se llevó a cabo mediante la técnica de evaporación térmica, a 260°C y 10-3 torr de presión. Las propiedades morfológicas, estructurales y ópticas fueron estudiadas por Difracción de Rayos X (DRX), Microscopía Electrónica de Barrido (MEB), Espectroscopía de Energía Dispersiva (EED), Espectroscopía de Infrarrojo con Transformada de Fourier (IR-TF) y Espectroscopía de Absorción Ultravioleta Visible (UV-Visible). Las propiedades eléctricas de las películas fueron evaluadas mediante la técnica de las cuatro puntas y mediciones Corriente-Voltaje para obtener la resistividad del dispositivo propuesto como sensor químico. Las películas de CdSe presentan una variación en los valores de banda prohibida (Eg) que van desde 1.74 a 1.82 eV, se observa que el valor disminuye ligeramente en función de la variación de los parámetros experimentales como temperatura y tiempo de depósito. Por otro lado, la estructura química del p-terbutil-calix[4]areno no se ve alterada por efecto de la evaporación térmica. El valor de la banda prohibida de la película bicapa CdSe/C4A disminuye ligeramente comparado con la banda prohibida de la película CdSe. Los valores de resistividad de las películas bicapa sumergidas en una solución 0.1M de Ag+ muestran un cambio apreciable en la respuesta eléctrica obtenida antes y después de la formación del complejo huésped-anfitrión. La resistencia eléctrica superficial (4 puntas) de las películas aumenta con el tiempo de depósito (4k Ω a 50k Ω) mientras que disminuye conforme se incrementa la temperatura debido a una mejor calidad cristalina. Por otro lado, la resistencia del dispositivo aumenta conforme el tiempo y temperatura de síntesis del semiconductor se incrementa, teniendo valores de resistencia que van de 1.187 kΩ a 52kΩ. Mediante las curvas I-V se observó que la repuesta eléctrica de las películas se mantiene en el mismo orden de magnitud, se aprecia un ligero incremento en la resistencia y resistividad de las películas semiconductoras de CdSe en función de la temperatura. Mientras que en el sistema CdSe/C4A/Ag+ esta tendencia cambia disminuyendo en un orden de magnitud (ρ= 3.28x105 a 4.19x104). Se observó que el tiempo y temperatura de depósito del material semiconductor influye en las propiedades estructurales, ópticas y eléctricas del dispositivo propuesto como sensor químico. ABSTRACT: In this work, bilayer films system CdSe/p-tert-butyl-calix [4] arene (CdSe/C4A) was prepared to be applied as a chemical sensor. Cadmium selenide thin films were deposited by the Chemical Bath Deposition technique (DBQ) on substrates of Indium-Tin Oxide (ITO). Na2SO3Se and CdCl2 were used as precursors and NH4OH was used as complexing agent. The influence of experimental parameters such as temperature, concentration and deposition time to study its influence on the morphological structure and their optical and electrical properties were evaluated. The bilayer film was obtained by depositing the organic compound p-tert-butyl-calix [4] arene, which has the ability to form a "host-guest" complex. The film deposition p-tertiary butyl calix [4] arene was performed by thermal evaporation technique, to 260 °C and 10-3 torr of pressure. The morphological, structural and optical properties were studied by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive spectroscopy (EDS), Infrared Spectroscopy Fourier Transform (FT-IR) and Absorption Spectroscopy ultraviolet Visible (UV-Vis). The electrical properties of the films were evaluated by the four wire technique and current-voltage measurements to obtain the resistivity of the device proposed as a chemical sensor. CdSe films exhibit a variation in bandgap (Eg) values from 1.74 to 1.82 eV, it is observed that the value decreases slightly depending on the variation of experimental parameters such as temperature and deposition time. Furthermore, the chemical structure of p-tert-butyl-calix[4]arene is not altered by the effect of thermal evaporation. The value of the bandgap of bilayer film CdSe/C4A decreases slightly compared to the band gap of CdSe film. The resistivity of the bilayer films immersed in a 0.1M solution of Ag+ show a significant change in the electrical response obtained before and after of the formation of the “host-guest” complex. The resistance (4 wire) of the films increases with deposition time (4k Ω to 50k Ω) while decreasing as the temperature increases due a better crystalline quality. Moreover, the resistance of the device increases as time and temperature increases synthesis semiconductor having resistance values from 1.187 kΩ to 52kΩ.From I-V curves was observed that the electrical response of the films maintained the same order of magnitude, a slight increase was seen in the resistance and resistivity of CdSe semiconductor films according to the temperature. While in the CdSe/C4A/Ag+ system is a decreasing trend changes by an order of magnitude (ρ= 3.28x105 a 4.19x104). It was observed that the time and deposition temperature of semiconductor material influences the structural, optical and electrical properties of the proposed device as a chemical sensor