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http://inaoe.repositorioinstitucional.mx/jspui/handle/1009/796| Caracterización de sensibilidad y degradación de películas ultra-delgadas de Al2O3 y su aplicación en sensores de estado sólido sensibles a iones | |
| BERNI MANOLO PEREZ RAMOS | |
| JOEL MOLINA REYES ALFONSO TORRES JACOME | |
| Acceso Abierto | |
| Atribución-NoComercial-SinDerivadas | |
| Ion sensitive field effect transistors Surface structure Chemical sensors | |
| The development of solid state chemical sensors has been remarkable since its introduction
in the early 70s. Nowadays, a big number of parameters, and specially the
pH, can be measured with these devices at a low cost and with high accuracy. These
sensing devices can be classified in three main branches: Ion Selective Field Effect
Transistors (ISFETs), Light Addressable Potentiometric Sensors (LAPS), and capacitive
Electrolyte-Insulator-Semiconductor (EIS) sensors [1].
Generally, the operation of these devices is based upon the EIS system in which the
chemical sensitivity depends on the potential variation at the electrolyte-insulator interface,
and this variation is caused by changes in the chemical composition of the analyte
and the insulator surface [1–4]. However, the chemical degradation of the sensing surface
and the conduction mechanisms of the EIS system lead to the temporal variation of
the chemical sensitivity, commonly known as Drift, and Hysteresis [5–7]. Being these
last two phenomena, along with the problem of device encapsulation and integration of
reference electrodes, the bigger back draw in the application of these sensors [1, 2].
Taking into account the chemical sensitivity, drift and hysteresis, as well as the sensor
and reference electrode monolithic integration, this thesis presents a capacitive EIS
sensors design, the characterization of CMOS technology ISFET sensors with on-chip
pseudo-reference electrodes, and the characterization of aluminum oxide films (Al2O3)
deposited by Atomic Layer Deposition (ALD), as an alternative for sensing layers .
The designed sensors present a novel capacitive configuration which makes the change
in the flat-band voltage VFB higher, and allows the study of the influence that the area, geometry and distance of the integrated reference electrodes to the sensing regions have
in the chemical sensitivity. Moreover, the characterization of the ISFETs shows that
it is possible to integrate sensors and the required elements for their operation using
a standard CMOS processes. Finally, the influence that the chemical and morphological
degradation of the Al2O3 films surface and bulk have in sensitivity, drift and hysteresis
of the sensors is characterized. El desarrollo de los sensores químicos de estado sólido ha sido notable desde su aparición a principios de los 70s. Hoy en día un gran número de parámetros, y en especial el pH, pueden ser medidos con estos dispositivos a un bajo costo y con alta precisión. Estos elementos sensibles pueden catalogarse en tres ramas principales: Transistores de Efecto de Campo Sensibles a Iones (ISFETs), Sensores Potenciométricos Direccionables por Luz (LAPS), y Sensores Capacitivos Electrolito-Aislante-Semiconductor (EIS) [1]. En general, la operación de estos dispositivos está basada en el sistema EIS en el cual la sensibilidad química depende del cambio de potencial en la interfase electrolito aislante, y este cambio se debe a su vez a la variación de la composición química del electrolito por analizar y la superficie del aislante [1–4]. Sin embargo, la degradación química de la superficie del aislante sensible y los mecanismos de conducción a través del sistema EIS llevan a la variación temporal de la sensibilidad química, comúnmente llamado deriva, y a la histéresis [5–7]. Son estos últimos dos fenómenos, en conjunto con el problema del encapsulado de los dispositivos y la integración de electrodos de referencia, las mayores atenuantes en la aplicación de estos sensores [1, 2]. Tomando en consideración la sensibilidad química, la deriva e histéresis, así como la integración de sensores y electrodos de referencia en el mismo chip, esta tesis presenta el diseño de sensores capacitivos EIS, la caracterización de sensores ISFET con pseudo-electrodos de referencia integrados, y la caracterización de películas sensibles de óxido de aluminio (Al2O3) obtenidas por Depósito por Capas Atómicas (ALD) , como una alternativa a los dieléctricos sensibles depositados por métodos convencionales. Los sensores diseñados presentan una configuración capacitiva novedosa que permite que los cambios en el voltaje de banda plana VFB sean mayores, y permitirán el estudio de la influencia que el área, la geometría y la distancia de los electrodos integrados a las regiones sensibles tienen en la sensibilidad electroquímica. Por otra parte, la caracterización de los ISFETs demuestra que es posible la integración de sensores y los elementos necesarios para su operación usando un proceso CMOS estándar. Finalmente, se caracteriza la influencia que la degradación química y morfológica de la superficie y cuerpo de las películas de Al2O3 tienen en la sensibilidad, deriva e histéresis de los dispositivo | |
| Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica | |
| 2013-02 | |
| Tesis de maestría | |
| Español | |
| Estudiantes Investigadores Público en general | |
| Perez-Ramos B.M. | |
| ELECTRÓNICA | |
| Versión aceptada | |
| acceptedVersion - Versión aceptada | |
| Aparece en las colecciones: | Maestría en Electrónica |
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