Benemérita Universidad Autónoma de Puebla. Facultad De Ciencias De La Electrónica.

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.