Benemérita Universidad Autónoma de Puebla. Facultad De Ciencias De La Electrónica. Estudio de sensor de gas basado en silicio poroso tipo-n y tipo-p, expuesto a etanol y acetona. Para obtener el grado de: Lic. En Ciencias De La Electrónica. Presenta: Ramírez González, Francisco Sebastián. Asesor: García Salgado, Godofredo; Rosendo Andrés, Enrique. Puebla Pué. Julio de 2011. Índice general 1. Gases y sensores 7 1.1. Gases y Vapores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 1.1.1. Leyes de los gases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 1.1.2. Los gases y sus efectos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 1.1.2.1. Gases irritantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 1.1.2.2. Gases asxiantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 1.1.2.3. Gases anestésicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 1.2. Los Sensores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 1.2.1. Características de los sensores . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 1.2.1.1. Características estáticas . . . . . . . . . . . . . . . . 17 1.2.1.2. Características dinámicas . . . . . . . . . . . . . . . 18 1.2.1.3. Criterios de clasicación de los sensores . . . . . . . 19 1.2.2. Sensores de gas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 1.2.2.1. Sensores de gases electroquímicos . . . . . . . . . . . 20 1.2.2.2. Sensores de gases de estado sólido . . . . . . . . . . . 21 1.2.2.3. Sensores de efecto piezoeléctrico . . . . . . . . . . . 23 1.2.2.4. Sensores ópticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 Referencias 26 2. Silicio Poroso 29 2.1. Fabricación del Silicio Poroso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 2.1.1. Celda de anodizado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 2.1.2. Electrolito . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 2.1.3. Potencial y tiempo de anodizado . . . . . . . . . . . . . . . . 32 2.1.4. Efecto por iluminación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 2.1.5. Otros parámetros en la obtención de silicio poroso . . . . . . . 34 2.2. Porosidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 2.2.1. Morfología de los poros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 2.2.1.1. Tipo de poros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 2.2.1.2. Forma de poros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 2.2.1.3. Tamaño de poros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 2.2.1.4. Área específica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 2.2.2. Formación de los poros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 2.2.2.1. Disolución química . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 2.2.2.2. Determinación de la porosidad y el espesor de la capa porosa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 2.2.3. Variación de la porosidad y espesor en función de las condiciones de anodizado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 2.3. Aplicaciones del SP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 2.3.1. Aplicaciones en sensores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 Referencias 50 3. Desarrollo experimental 55 3.1. Obtención de las muestras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 3.1.1. Ataque electroquímico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 3.1.2. Porosidad y espesor de la capa porosa . . . . . . . . . . . . . 58 3.2. Contactos eléctricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 3.2.1. Elaboración de mascarillas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 3.2.2. Evaporación de los contactos eléctricos . . . . . . . . . . . . . 64 3.3. Caracterización de los dispositivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 3.3.1. Elementos del sensado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 3.3.2. Características del sensado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 3.4. Oxidación por depósito químico en fase vapor . . . . . . . . . . . . . 69 Referencias 70 4. Resultados y conclusiones 72 4.1. Mediciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 4.2. Resultados del sensado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 4.3. Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 4.4. Trabajo a futuro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 Referencias 86 A. Procesos 88 A.1. Proceso de limpieza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 A.2. Proceso para obtener NaOH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 La exposición a vapores orgánicos y solventes tiene serias consecuencias para la vida, pues afecta a los seres vivos y al medioambiente. Las afectaciones dependen de la sustancia y el tiempo de exposición. Los disolventes orgánicos, por ejemplo, están formados por uno o más compuestos altamente volátiles en su estado líquido. Estos disolventes se emplean principalmente para disolver sustancias poco polares, insolubles en disolventes acuosos, como pinturas, barnices, lacas, resinas, pegamentos, colas y adhesivos, polímeros, pesticidas, tintas de impresión, etc., así como en procesos de limpieza y extracción con disolventes, suelen usarse como materia prima en la industria de síntesis orgánica. Por estas razones, resulta de interés disponer de un método ensayado y validado para la determinación de vapores orgánicos en el aire, con el de poder evaluar la exposición a estos compuestos. Existen diversos dispositivos capaces de sensar vapores orgánicos, la reacción que presentan se traduce en cambios mesurables de ciertas propiedades, según el diseño y el material de construcción, como cambios de capacitancia, resistencia, temperatura, desviación de capos eléctricos o magnéticos, entre otros. Al inicio del presente capítulo se presentan algunas propiedades de los gases y su clasificación por el riesgo que representan, finalmente se concluye con la presentación de algunos sensores de gases, describiendo brevemente su funcionamiento.