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Investigação da performance como sensores de gás de dispositivos FET em operação: modelando os mecanismos de condução em nanoestruturas 1D de óxidos metálicos semicondutores por técnicas operando

Processo: 19/26333-2
Linha de fomento:Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Pós-Doutorado
Vigência (Início): 01 de julho de 2021
Vigência (Término): 30 de junho de 2022
Área do conhecimento:Engenharias - Engenharia de Materiais e Metalúrgica - Materiais Não-metálicos
Pesquisador responsável:Marcelo Ornaghi Orlandi
Beneficiário:Pedro Henrique Suman
Supervisor no Exterior: Nicolae Barsan
Instituição-sede: Instituto de Química (IQ). Universidade Estadual Paulista (UNESP). Campus de Araraquara. Araraquara , SP, Brasil
Local de pesquisa: Eberhard Karls Universität Tübingen, Alemanha  
Vinculado à bolsa:16/20808-0 - Transistores de efeito de campo (FET) baseados em nanoestruturas semicondutoras 1D: impacto da modulação do sinal elétrico sobre a performance como sensor de gás, BP.PD
Assunto(s):Semicondutores   Sensores de gases   Materiais nanoestruturados   Óxido de estanho   Transistores de efeito de campo

Resumo

Neste projeto de pesquisa é proposta uma investigação fenomenológica detalhada dos mecanismos de condução associados à performance como sensores de gás de transistores de efeito de campo (FET) baseados em nanoestruturas unidimensionais (1D) de óxidos metálicos semicondutores (SMOx). Para isso, dispositivos FET com canal/elemento sensor composto por nanoestruturas individuais ou múltiplas de óxido de estanho (SnO2, SnO e Sn3O4) e óxido de cobre (CuO e Cu2O) serão caracterizados por técnicas operando. Será dedicado um esforço especial para estudar um dispositivo "3 em 1" microfabricado pelas técnicas de litografia e microscopia de feixe duplo (feixe de íons focado, FIB) com o canal formado por uma junção p-n a partir do cruzamento de uma nanoestrutura individual do tipo-n e uma do tipo-p. A resposta como sensores de gás dos transistores será analisada em condições experimentais idênticas para várias concentrações de gases oxidantes e redutores em diferentes temperaturas e níveis de umidade relativa. O principal desafio deste trabalho será realizar estudos por espectroscopia por refletância difusa no infravermelho com transformada de Fourier (DRIFTS) e Kelvin Probe (KP) simultaneamente com medidas elétricas DC e também espectroscopia de impedância (IS) em condições reais de operação dos sensores. Pretende-se também criar um banco de dados para sensores químicos utilizando algoritmos de aprendizagem de máquina (machine learning) para processamento e classificação de dados. O foco do projeto será propor modelos para descrever os mecanismos de condução relacionados à química da superfície e às propriedades eletrônicas dos materiais e os seus impactos na resposta sensora dos dispositivos. A partir dos resultados, esperamos entender como otimizar a performance como sensores de gás de dispositivos FET e contribuir efetivamente para suas aplicações em áreas estratégicas, incluindo segurança, meio ambiente e conservação de energia. (AU)