|
Fundamentos Teóricos
Mecanismo: O que ocorre?
O mecanismo de resposta dos sensores semicondutores não é um fenômeno simples, nem completamente entendido até o momento. Entretanto algumas análises qualitativas podem ilustrar tais processos e fornecer uma visão fenomenológica do assunto a quase todas as espécies (álcoois, hidrocarbonetos, CO,
NOx, etc).
O mecanismo de resposta pode ser sintetizado da seguinte forma: Inicialmente o oxigênio adsorve na superfície para formar íons negativos, e com isso remove alguns elétrons da banda de condução do
SnO2.
Com a saída desses elétrons a resistividade do material aumenta (característica de semicondutores do tipo n). Em seguida, moléculas de gases redutores podem adsorver na superfície e se combinar com o oxigênio ionizado. Com isto, os elétrons retirados pelo oxigênio podem ser devolvidos à banda de condução do óxido, ficando livre para se mover. Então, o oxigênio presente na atmosfera passa a ocupar os sítios que foram liberados, e ficam disponíveis para novas moléculas a serem oxidadas (Fig.1). A troca de oxigênio na superfície, assim como a taxa de oxidação do gás de interesse, depende da pressão parcial de
O2, e as condições de trabalho devem ser suficientemente rápidas para não interferirem na medida.
FIGURA 1- Representação esquemática da oxidação do CO na superfície do óxido, com a formação de CO2 e liberação de um sítio para a adsorsão de oxigênio atmosférico.
Esse mecanismo é válido somente a temperatura constante, e tratado apenas como um fenômeno de superfície. A resistência de volume dos semicondutores é função da temperatura (diminui com o aumento da temperatura) e é pouco afetada pela adsorção de moléculas na superfície.
A adsorção do oxigênio na superfície do SnO2 ocorre em 3 formas:
O2-, O- e O2-, sendo as espécies O2-
e O- encontradas com maior freqüência. As reações de formação destas espécies estão representadas nas equações 1 a 4. A concentração destas espécies varia de acordo com a temperatura.
 |
(1) |
| (2) |
| (3) |
| (4) |
O oxigênio tende a adsorver nos locais em que há defeitos no cristal. Dentre essas espécies a principal responsável pela alta resistividade do óxido de estanho no "ar limpo" é a espécie
O- .
Vale ressaltar que o mecanismo aqui descrito é válido para semicondutores do tipo "n", que envolve os representantes mais comuns dos sensores semicondutores
(SnO2, TiO2, ZnO, etc). Para semicondutores do tipo "p" é esperado um aumento na resistência quando ocorre adsorção de moléculas redutoras.
Próxima Página >>
 
|
