|
|
PROGRESS TOWARD THE DEVELOPMENT OF SINGLE NANOWIRE-BASED ARRAYS FOR GAS SENSING APPLICATIONS
Chmela, Ondřej ; Vrňata, Martin (referee) ; Macák, Jan (referee) ; Hubálek, Jaromír (advisor)
Tato práce se zabývá vývojem platforem na bázi křemíkového substrátu pro selektivní integraci polovodivých nanostruktur oxidu kovu (MOX) a jejich použití v perspektivních mobilních zařízeních jako vysoce citlivé a selektivní prvky pro detekci analytů plynů. Polovodičové nanostruktury MOX, například nanodráty, prokázaly lepší schopnosti pro snímání plynů včetně citlivosti, stability a do jisté míry také selektivity, ve srovnání s jejich protějšky na bázi vrstev. Rovněž použití jednoho (nebo několika) nanodrátů zapojených paralelně se ukázalo jako ideální architektura pro dosažení dobře definovaného vodivého kanálu snadno modulovatelného interakcemi na přechodu plynná-pevná látka. Dosavadní způsoby integrace struktur na bázi jednoho nanodrátu do funkčních zařízení však stále představují technologickou výzvu, protože většina metod vyžaduje asistenci technik, jako je soustředěný iontový paprsek (FIB), který omezuje škálovatelnost a zvyšuje náklady a čas výroby. V této souvislosti je práce zaměřena na optimalizaci technologických procesů pro výrobu systémů založených na elektrodových polích s jedním polovodivým nanodrátem. V této práci byly vyvinuty tři verze elektrodových platforem pro selektivní integraci jednoho nanodrátu z MOX materiálu citlivého na plyn. Jako klíčové technologie výroby byly použity nejmodernější vícestupňové výrobní postupy a litografie s využitím elektronového paprsku (nanofabrikace), které umožňují vývoj elektrodových polí s přímými nanoelektrodami, ale i dalších funkčních nanostruktur. Výsledky demonstrují výrobu elektrodové platformy s přímými nanoelektrodami (šířky 100–300 nm), na kterých se nachází úzká dielektrická okna s šířkou blízké průměru nanodrátu (přibližně 100–200 nm). Tyto nanoelektrody byly použity jako mechanická podpora pro zarovnání jednoho nanodrátu a rovněž jako elektrické kontakty pro měření elektrické změny nanodrátu během detekování plynu. Výsledky také zahrnují optimalizaci technik pro odstraňování a opětovné nanášení nanodrátů pro dosažení jedno nanodrátových propojení v poli paralelních elektrod pomocí střídavého elektrického pole jako jednoduché a účinné metody pro zarovnávání nanodrátů (dielektroforéza). Ověření těchto systémů vůči různým plynným látkám (oxidačním a redukčním plynům) bylo provedeno za použití nefunkcionalizovaných a Pt-funkcionalizovaných WO3 nanodrátů syntetizovaných pomocí aerosolové chemické depozice par (AACVD) a topného prvku na bázi tlusté vrstvy na korundové keramice (s provozní teplotou 250 °C), sestaveného spolu s elektrodovou platformou na pouzdru TO-8. Snímací vlastnosti takových systémů vykazovaly lepší citlivost v odporovém režimu na oxid dusičitý (NO2) a ethanol (EtOH) než jejich protějšky využívající nanodrátových filmů. Poslední verze systému pro snímání plynu vyvinutého v této práci (popsaná jako třetí generace čipů) obsahuje třetí izolovanou elektrodu zabudovanou (utopenou) pod citlivým nanodrátem pro zvýšení detekční schopnosti snímání plynu. Testy odezvy na vodík (H2) a oxid dusičitý (NO2) potvrdily zvýšenou funkčnost tohoto systému modulující odezvu senzoru pomocí externího elektrického napětí na utopené elektrodě.
|
|
|
PROGRESS TOWARD THE DEVELOPMENT OF SINGLE NANOWIRE-BASED ARRAYS FOR GAS SENSING APPLICATIONS
Chmela, Ondřej ; Vrňata, Martin (referee) ; Macák, Jan (referee) ; Hubálek, Jaromír (advisor)
Tato práce se zabývá vývojem platforem na bázi křemíkového substrátu pro selektivní integraci polovodivých nanostruktur oxidu kovu (MOX) a jejich použití v perspektivních mobilních zařízeních jako vysoce citlivé a selektivní prvky pro detekci analytů plynů. Polovodičové nanostruktury MOX, například nanodráty, prokázaly lepší schopnosti pro snímání plynů včetně citlivosti, stability a do jisté míry také selektivity, ve srovnání s jejich protějšky na bázi vrstev. Rovněž použití jednoho (nebo několika) nanodrátů zapojených paralelně se ukázalo jako ideální architektura pro dosažení dobře definovaného vodivého kanálu snadno modulovatelného interakcemi na přechodu plynná-pevná látka. Dosavadní způsoby integrace struktur na bázi jednoho nanodrátu do funkčních zařízení však stále představují technologickou výzvu, protože většina metod vyžaduje asistenci technik, jako je soustředěný iontový paprsek (FIB), který omezuje škálovatelnost a zvyšuje náklady a čas výroby. V této souvislosti je práce zaměřena na optimalizaci technologických procesů pro výrobu systémů založených na elektrodových polích s jedním polovodivým nanodrátem. V této práci byly vyvinuty tři verze elektrodových platforem pro selektivní integraci jednoho nanodrátu z MOX materiálu citlivého na plyn. Jako klíčové technologie výroby byly použity nejmodernější vícestupňové výrobní postupy a litografie s využitím elektronového paprsku (nanofabrikace), které umožňují vývoj elektrodových polí s přímými nanoelektrodami, ale i dalších funkčních nanostruktur. Výsledky demonstrují výrobu elektrodové platformy s přímými nanoelektrodami (šířky 100–300 nm), na kterých se nachází úzká dielektrická okna s šířkou blízké průměru nanodrátu (přibližně 100–200 nm). Tyto nanoelektrody byly použity jako mechanická podpora pro zarovnání jednoho nanodrátu a rovněž jako elektrické kontakty pro měření elektrické změny nanodrátu během detekování plynu. Výsledky také zahrnují optimalizaci technik pro odstraňování a opětovné nanášení nanodrátů pro dosažení jedno nanodrátových propojení v poli paralelních elektrod pomocí střídavého elektrického pole jako jednoduché a účinné metody pro zarovnávání nanodrátů (dielektroforéza). Ověření těchto systémů vůči různým plynným látkám (oxidačním a redukčním plynům) bylo provedeno za použití nefunkcionalizovaných a Pt-funkcionalizovaných WO3 nanodrátů syntetizovaných pomocí aerosolové chemické depozice par (AACVD) a topného prvku na bázi tlusté vrstvy na korundové keramice (s provozní teplotou 250 °C), sestaveného spolu s elektrodovou platformou na pouzdru TO-8. Snímací vlastnosti takových systémů vykazovaly lepší citlivost v odporovém režimu na oxid dusičitý (NO2) a ethanol (EtOH) než jejich protějšky využívající nanodrátových filmů. Poslední verze systému pro snímání plynu vyvinutého v této práci (popsaná jako třetí generace čipů) obsahuje třetí izolovanou elektrodu zabudovanou (utopenou) pod citlivým nanodrátem pro zvýšení detekční schopnosti snímání plynu. Testy odezvy na vodík (H2) a oxid dusičitý (NO2) potvrdily zvýšenou funkčnost tohoto systému modulující odezvu senzoru pomocí externího elektrického napětí na utopené elektrodě.
|
guest ::
