Desarrollo y medición de sensores de gases basados en capacitores MOS

• Autores: Filippini, Daniel; Aragón, Ricardo; Weimar, Udo
• Año de publicación: 2000
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: artículo
• Fuente: An. (Asoc. Fís. Argent., En línea) 2000;01(12):175-179
• Institución: Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

Los sensores de efecto de campo, con compuertas de metales catalíticos como Pt ó Pd, son dispositivos sensibles y selectivos a moléculas que contienen hidrógeno, completamente compatibles con la tecnología convencional de silicio. En la etapa de desarrollo de nuevos sensores además de estas virtudes, se requiere la facilidad y velocidad de fabricación de prototipos, así como su estabilidad en experimentos de caracterización de más de 12 hs. Se describen las características de tres clases distintas de dispositivos sensores de gases, basados en capacitores metal-óxido-silicio (MOS). Detallándose las etapas de fabricación requeridas, junto con el sistema de medición desarrollado, para establecer las ventajas comparativas y los límites de aplicación de cada variante. Los tres tipos de sensores son: dispositivos para medición sobre oblea, dispositivos integrados y sensores híbridos. La medición sobre oblea, requirió el desarrollo de una plataforma estanca calefaccionada, mientras que las otras variantes se emplearon en una celda modular, de uso general, con capacidad para alojar varios sensores en medidas simultáneas. Los dispositivos, caracterizados en atmósferas de aire y nitrógeno, con concentraciones controladas de hidrógeno entre 0 y 400 ppm, en flujo continuo de 500 ml/min, a temperaturas de operación de 150°C, muestran corrimientos del voltaje de banda plana reproducibles, consistentes con los límites teóricos de dichos sensores de hasta 2 mV/ppm.
Field effect sensors, with gates made of catalytic metals such as Pt or Pd, are sensitive and selective devices for molecules containing hydrogen, completely compatible with conventional silicon technology. In the development stage of new sensors, in addition to these virtues, the ease and speed of manufacturing prototypes is required, as well as their stability in characterization experiments of more than 12 hours. The characteristics of three different classes of gas sensing devices, based on metal-oxide-silicon (MOS) capacitors, are described. Detailing the required manufacturing stages, along with the measurement system developed, to establish the comparative advantages and application limits of each variant. The three types of sensors are: on-wafer measurement devices, integrated devices and hybrid sensors. The measurement on wafer required the development of a heated, sealed platform, while the other variants were used in a modular, general-purpose cell, with the capacity to house several sensors in simultaneous measurements. The devices, characterized in air and nitrogen atmospheres, with controlled hydrogen concentrations between 0 and 400 ppm, in continuous flow of 500 ml/min, at operating temperatures of 150°C, show reproducible, consistent flatband voltage shifts with the theoretical limits of said sensors of up to 2 mV/ppm.
Fil: Filippini, Daniel. University of Tübingen. Institute of Physical and Theoretical Chemistry. Tübingen. Alemania
Fil: Aragón, Ricardo. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería. Departamento de Física (UBA-FI). Laboratorio de Películas Delgadas. Buenos Aires. Argentina
Fil: Weimar, Udo. University of Tübingen. Institute of Physical and Theoretical Chemistry. Tübingen. Alemania