Dispositivo para análise e caracterização de materiais semicondutores utilizados como sensores de gás

Abstract

O trabalho apresentado nessa dissertação consiste fundamentalmente no estudo (projeto), desenvolvimento e teste de um dispositivo eletrônico destinado à obtenção de parâmetros elétricos e térmicos, como resistividade elétrica, bandgap, condutividade térmica e coeficiente de Seebeck, baseando-se em técnicas de aquisição por quatro pontas e processamento digital dos sinais analógicos adquiridos. A ferramenta como um todo é destinada à medição desses parâmetros sobre filmes finos (nanométricos) semicondutores, especialmente destinados para análise e desenvolvimento de sensores de gás, ou de termo geradores. O dispositivo permite uma ampla gama de recursos, possibilitando variações de temperatura e pressão sobre a amostra, com o recurso da inserção de gases específicos (ou misturas) em uma câmara selada dedicada para as operações. Detalhes do equipamento são descritos ao longo do trabalho, onde são relatadas as peculiaridades de uso e tolerâncias nas medidas. Testes preliminares, com o intuito de demonstrar todas as suas ferramentas e especificidades, demonstraram o ERAD-STF (Electrical Resistivity Analyzer for Semiconductor Thin Films) ser adequado para as aplicações propostas, indicando medição precisa das propriedades elétricas de filmes finos, como de In1- xGaxSb, irradiados ou não com íons pesados, de materiais condutores e de semicondutores em geral.

The work presented in this dissertation consists fundamentally in the study (project), development and testing of an electronic device for obtaining electrical and thermal parameters, such as electrical resistivity, bandgap, thermal conductivity and Seebeck coefficient, based on acquisition techniques by four points and digital processing of the acquired analog signals. The tool as a whole is intended to measure these parameters on thin (nanometric) semiconductor films, in particular those used for analysis and development of gas sensors, or thermo generators. The device allows a wide range of measurements, enabling variations in temperature and pressure on the sample, with the possibility of inserting specific gases (or mixtures) in a sealed chamber dedicated to the operations. Details of the equipment are described throughout the work, where the peculiarities of use and tolerances in the measurements are reported. Preliminary results demonstrated the ERAD-STF (Electrical Resistivity Analyzer for Semiconductor Thin Films) is suitable for the proposed applications, being able to perform accurate measurements of the electrical properties of thin films, like of In1-xGaxSb, irradiated or not with heavy ions, or conductor and semiconductor materials in general.