Desarrollo y fabricación de un microsensor de gas de baja potencia para la detección de amoniaco a bajas concentraciones

Abstract

espanolContexto: En este trabajo se presenta el desarrollo y microfabricacion de un sensor de gas cuyo funcionamiento se basa en las variaciones de su conductividad electrica en presencia de determinados gases. Para utilizar estos sensores en equipos portatiles, como monitores de gases, se requiere que la potencia utilizada para mantener la pelicula sensible a la temperatura de funcionamiento sea muy baja. Los resultados de este desarrollo permiten contar ademas con una plataforma para la microfabricacion de sensores de gas, sobre la que se pueda incorporar diversos tipos de peliculas sensoras. Metodologia: El microsensor desarrollado esta constituido por una pelicula delgada de SnO2 depositada sobre un sustrato de silicio micromaquinado. El diseno propuesto se realizo mediante simulaciones de los comportamientos mecanico y termico. El procedimiento incluyo operaciones de microfabricacion. Posteriormente se realizo la caracterizacion electrica y se ensayo la sensibilidad frente a amoniaco gaseoso. Resultados: La microfabricacion se llevo a cabo de forma satisfactoria (no se detallan todos los pasos en el presente trabajo), y se logro una alta tasa de sensores bien conformados por oblea. La caracterizacion del sensor frente a diferentes concentraciones de amoniaco gaseoso en aire dio como resultado una respuesta lineal para concentraciones entre 6 ppm a 50 ppm , donde este ultimo es el limite permisible de exposicion . Conclusiones: Se desarrollo un proceso para fabricar un microsensor de gas de SnO2 de bajo consumo (50 mW). Se llevo a cabo la fabricacion de los microsensores de manera satisfactoria, partiendo de simulaciones previas. En relacion a trabajos futuros, la plataforma micromaquinada desarrollada, con el calefactor incorporado, permitira utilizar distintas peliculas sensoras. EnglishObjective: This paper presents the development and manufacture of a gas microsensor whose operation is based on variations in electrical conductivity in the presence of certain gases. To use these sensors in portable equipment such as gas monitors, the power used to keep the film sensitive to the operating temperature is required to be very low. The results of this development provide with a platform for the manufacture of gas microsensors that allow different types of sensor films can be incorporated. Methodology: The developed microsensor consists of a thin fil of SnO2 deposited on a micro-machined silicon substrate. The proposed design was carried out by simulations of mechanical and thermal behavior. The procedure included microfabrication operations, and then, the electrical characterization was performed and the sensitivity to gaseous ammonia was tested. Results: Microfabrication was carried out satisfactorily (although this work does not detail all the steps of the process), and a high rate of well-formed sensors per sheet was achieved. The behavior of the sensor in the presence of different concentrations of gaseous ammonia in air was characterized and resulted in a linear response for concentrations between 6 ppm to 50 ppm, and the latter is the permissible limit of exposure. Conclusions: A low consumption (50 mW) SnO2 gas microsensor was successfully developed based on previous simulations. In relation to future work, the developed micromachined platform with the built-in heater will allow the use of different sensor films.