Low-temperature impedance spectroscopic analyses of ceramic electrodes based on Mo and Co co-doped SnO2

Low resistive electrodes based on Co and Mo co-doped SnO2 were prepared by the conventional solid-state reaction and sintered at 1250 °C for 2 h. Concentration of Co2O3 precursor was unchanged (1 mol%), while MoO3 was varied (0.25, 0.50 to 0.75 mol%) to promote conductivity. The structural and microstructural characterization revealed that the samples have a rutile-type structure without secondary phases and large rutile grains with low porosity. Electrical measurements on DC mode have shown a semiconductor behaviour of the SnO2 samples doped with 0.25 and 0.75 at. % of Mo at temperatures below 50 K, indicating their suitability for low-temperature electronic applications. Impedance measurements indicate reduced energy barriers of less than 1 meV formed between highly conductive crystallites for the SnO2 samples doped with 0.25 and 0.75 at. % of Mo. The sample with Mo content of 0.50 at. % presented a higher energy barrier at a few hundredths of eV, with space charges at the crystallite boundaries.Fil: Ferreira, Diego. Universidade Federal de Itajubá; BrasilFil: Vaz, Isabela. Universidade Federal de Itajubá; BrasilFil: Rubinger, Rero. Universidade Federal de Itajubá; BrasilFil: Buono, Camila. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mar del Plata. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales; ArgentinaFil: Rocha, Leandro. Universidade Federal do São Carlos; BrasilFil: Ponce, Miguel Adolfo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mar del Plata. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales; ArgentinaFil: Longo, Elson. Universidade Federal do São Carlos; BrasilFil: Simoes, Wilma Alexandre. Universidade Estadual Paulista Julio de Mesquita Filho; BrasilFil: Moura, Francisco. Universidade Federal de Itajubá; Brasi

Epidemics in partially overlapped multiplex networks

Many real networks exhibit a layered structure in which links in each layer reflect the function of nodes on different environments. These multiple types of links are usually represented by a multiplex network in which each layer has a different topology. In real-world networks, however, not all nodes are present on every layer. To generate a more realistic scenario, we use a generalized multiplex network and assume that only a fraction $q$ of the nodes are shared by the layers. We develop a theoretical framework for a branching process to describe the spread of an epidemic on these partially overlapped multiplex networks. This allows us to obtain the fraction of infected individuals as a function of the effective probability that the disease will be transmitted $T$. We also theoretically determine the dependence of the epidemic threshold on the fraction $q > 0$ of shared nodes in a system composed of two layers. We find that in the limit of $q \to 0$ the threshold is dominated by the layer with the smaller isolated threshold. Although a system of two completely isolated networks is nearly indistinguishable from a system of two networks that share just a few nodes, we find that the presence of these few shared nodes causes the epidemic threshold of the isolated network with the lower propagating capacity to change discontinuously and to acquire the threshold of the other network.Comment: 13 pages, 4 figure

Sensitivity of metal oxide gas sensors to non-parabolic intergranular barriers

We analyze the electrical conductivity of polycrystalline semiconductor solids due to the presence ofSchottky-type potential barriers formed at intergrains. The density of charged dopants along the grains isusually considered constant leading to parabolic intergranular potential barriers. If temperature is highenough to allow sufficiently mobility to the dopants, their resulting equilibrium distribution is far fromconstant leading to potential barriers that show a strong non-parabolic character. Implications for theelectrical conductivity and then on the sensitivity to barrier height and sample doping in metal oxide gassensors are discussed.Fil: Buono, Camila. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mar del Plata. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales; ArgentinaFil: Mirabella, D.A.. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mar del Plata. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales; ArgentinaFil: Aldao, Celso Manuel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mar del Plata. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales; Argentin

Effects of intergranular capacitance and resistance dispersion on polycrystalline semiconductor impedance

In the present work we focused on the effects, often disregarded, of the intergranular barrier fluctuations on the total impedance of polycrystalline structures. These fluctuations come from the discreteness nature and random distribution of ionized donors at the polycrystal, which are responsible of forming the intergranular barriers. Firstly, we used a numerical model that takes into account the point character of the involved donors and found that resistances and capacitances present distributions that become narrower with the grain size. Secondly, we built a bricklayer model with capacitances and resistances taken from the found distributions and calculated the total impedance, focusing on tin oxide as an example. We found the total polycrystal capacitance and resistance dependence on the specific dispersions of intergranular capacitances and resistances.Fil: Buono, Camila. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mar del Plata. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales; ArgentinaFil: Uriz, Alejandro José. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mar del Plata. Instituto de Investigaciones Científicas y Tecnológicas en Electrónica. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería. Instituto de Investigaciones Científicas y Tecnológicas en Electrónica; ArgentinaFil: Aldao, Celso Manuel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mar del Plata. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales; Argentin

Effects of intergranular barrier fluctuations on the electrical conductivity of polycrystalline semiconductors

We studied the influence of intergranular barrier fluctuations on the electrical response of 3D semiconductor polycrystals. We first computed with a numerical simulation model the dispersion in the intergranular barrier height on polycrystalline tin oxide due to the punctual character of the donors. Then, in order to quantify the effects of the barrier fluctuation in the overall conductivity of the semiconductor, we added the dispersion to the well known brick-layer model and determined the connection between impedance measurements and grain boundary resistivity. We found that, the brick-layer model gives lower values for the real intergrain resistivity. However, the error can be quantified indicating that the brick-layer model is not a bad approximation to determine electrical properties of intergrains of a polycrystal, specially for relatively large grains.Fil: Uriz, Alejandro José. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mar del Plata. Instituto de Investigaciones Científicas y Tecnológicas en Electrónica. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería. Instituto de Investigaciones Científicas y Tecnológicas en Electrónica.; ArgentinaFil: Buono, Camila. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mar del Plata. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales; ArgentinaFil: Aldao, Celso Manuel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mar del Plata. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales; Argentin

Intergranular barrier height fluctuations in polycrystalline semiconductors

The punctual character and random nature of the impurity positions in depletion regions lead to inhomogeneities that can significantly affect the potential intergranular barriers at polycrystalline semiconductors and, in general, of potential barriers at any semiconductor interface. This would reflect in Arrhenius plots for the electrical conductivity that become curved due to fluctuations of the intergranular barrier heights. Experimental results for polycrystalline tin oxide can be fitted assuming thermionic emission conduction at grain boundaries with a Gaussian distribution of barrier height fluctuations. However, resorting to a computational numerical model, we found that spatial fluctuations in barrier heights due to the discreteness of the donors and their statistical distribution at the depletion region differ from a Gaussian distribution. The type of obtained fluctuations, considering thermionic emission conduction, cannot explain the Arrhenius plots for the electrical conductivity found experimentally, especially at low temperature. Conversely, the tunneling contribution to conduction, without resorting to fluctuations, presents the observed trends.Fil: Buono, Camila. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mar del Plata. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales; ArgentinaFil: Schipani, Federico. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mar del Plata. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales; ArgentinaFil: Ponce, Miguel Adolfo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mar del Plata. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales; ArgentinaFil: Aldao, Celso Manuel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mar del Plata. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales; Argentin

Effects of Schottky barrier height fluctuations on conductivity: Consequences on power-law response in tin oxide gas sensors

Potential barriers formed at the intergrain of polycrystalline metal-oxide semiconductors, such as tin oxide, present fluctuations that are usually ignored in the study of gas sensors responses. Fluctuations in the Schottky-type barriers arise from the punctual character and distribution of the charges at the depletion region. Accordingly, we present a numerical model that allows to determine the distribution of the barrier heights. We then analyze the influence of fluctuations on the electrical intergrain conductivity as a function of oxygen pressure, since the signal detection in polycrystalline metal-oxide semiconductors gas sensors comes from the change of material conductivity after interaction with target gas molecules. To do so, we incorporate the fluctuation distribution found in our numerical model in the calculations of conductance. Based on these results, we could also relate the oxygen pressure with the adsorbate coverage and the fluctuating intergranular barrier. Finally, consequences on the known power-law response for gas sensors are discussed.Fil: Buono, Camila. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mar del Plata. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales; ArgentinaFil: Mirabella, D. A.. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mar del Plata. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales; ArgentinaFil: Desimone, Paula Mariela. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mar del Plata. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales; ArgentinaFil: Aldao, Celso Manuel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mar del Plata. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales; Argentin

Chemisorption and sensitivity at semiconductor sensors revisited

In this work we derived the adsorption isotherms for non-dissociative and dissociative chemisorption of oxygen on a semiconductor surface. We extended the Wolkenstein theory for dissociative chemisorption and re-examined the basis that led to currently accepted formalisms in the literature. In particular, we correctly incorporated dissociative chemisorption as a second-order reaction. We determined band bendings and adsorbate coverages for different gas pressure and doping for a typical metal-oxide used in gas sensing. Finally, consequences for the sensor conductivity and sensitivity are discussed.Fil: Mirabella, D. A.. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mar del Plata. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales; ArgentinaFil: Buono, Camila. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mar del Plata. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales; ArgentinaFil: Aldao, Celso Manuel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mar del Plata. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales; ArgentinaFil: Resasco, D. E.. Oklahoma State University; Estados Unido