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Maria Cristina CarottaMaria Cristina Carotta
Dipartimento di Fisica - Laboratorio Sensori e SemiconduttoriDipartimento di Fisica - Laboratorio Sensori e Semiconduttori
Ferrara, 15 ottobre 2009
SEMICONDUTTORISEMICONDUTTORI
materiali funzionali per materiali funzionali per l’elettronica e la sensoristical’elettronica e la sensoristica
STUDENTS MEETINGSTUDENTS MEETING
ATTIVITÀ DEL LABORATORIO SENSORI E ATTIVITÀ DEL LABORATORIO SENSORI E SEMICONDUTTORISEMICONDUTTORI
• Ricerche fondamentali in fisica della materiae scienza dei materiali
• Sviluppo di materiali innovativi
• Realizzazione e caratterizzazione di sensori di gase celle fotovoltaiche (tradizionali e a concentrazione)
SEMICONDUTTORISEMICONDUTTORI
Semiconduttori convenzionali (silicio, germanio,
arsenuro di gallio, …)
– legame covalente
- proprietà di bulk (massive)
applicazioni: elettronica - dispositivo di base: diodo
Ossidi metallici semiconduttori (es: biossido di stagno, ….)
- prevalente legame ionico
- proprietà di superficie
applicazioni: sensoristica – principalmente sensori per gas
TecnologieTecnologieSintesi di nano-polveri di ossidi semiconduttoriTecnologia serigrafica per la deposizione di film spessiForni UV, IR e a muffola per trattamenti termiciLinea di fotolitografiaWedge Wire Bonding (saldature a termocompressione)Preparazione di miscele di gas tramite MFCsReattori atmosferici per drogaggio ed ossidazione dei wafer di silicioReattore LPCVD per ossidazione e nitrurazione di wafer di silicioPVD da sorgenti termiche ed e-gunWet benchesPlasma etcherProbe station Ellissometria
I difetti nei cristalli semiconduttoriI difetti nei cristalli semiconduttori
Un cristallo perfetto non esiste: in qualunque cristallo ci sono imperfezioni e impurezze
I difetti modificano le proprietà fisiche dei cristalli
L’ introduzione controllata di difetti modula le proprietà del cristallo
Prototipo di dispositivo fotovoltaico a Prototipo di dispositivo fotovoltaico a concentrazione con separazione spettrale concentrazione con separazione spettrale
SENSORI PER GAS A OSSIDI SENSORI PER GAS A OSSIDI
SEMICONDUTTORI: SEMICONDUTTORI:
APPLICAZIONE AL MONITORAGGIO APPLICAZIONE AL MONITORAGGIO DEGLI INQUINANTI ATMOSFERICIDEGLI INQUINANTI ATMOSFERICI
Sensori per gasSensori per gas
Gli strati sensibili sono policristallini, costituiti di nanoparticelle di ossidi metallici semiconduttori
50nm
nanostructured nanostructured semiconductor oxidesemiconductor oxide
Gel dry precursor of the semiconductor oxide
Starting materials:
Inorganic Salts in aqueous solutionAlkoxides in non aqueous solution
SOL
Gelation3D network formation in a continuous liquid
phase
Hydrolisis and Condensation
[[H+], T, H2O/M]
Gel-precipitationnanostructured
particles precursors of the semiconductor
oxide
Conversion precursor/oxide
thermal Treatments
Sintesi di ossidi attraverso processi di wet Sintesi di ossidi attraverso processi di wet chemistrychemistry
200 µm200 µm
Dalle nanoparticelle di semiconduttori ai Dalle nanoparticelle di semiconduttori ai sensori di gas inquinanti sensori di gas inquinanti
Sensori per NOx, CO e
ozono
SVILUPPO DI UNA STAZIONE DI SVILUPPO DI UNA STAZIONE DI MONITORAGGIO BASATA SU SENSORI A MONITORAGGIO BASATA SU SENSORI A STATO SOLIDO DA OSSIDI STATO SOLIDO DA OSSIDI SEMICONDUTTORI NANOSTRUTTURATISEMICONDUTTORI NANOSTRUTTURATI
200 µm
Monitoraggio atmosferico degli inquinanti Monitoraggio atmosferico degli inquinanti gassosi:gassosi:
Monossido di Monossido di carbonio carbonio (10 (10 mg/mmg/m33 – media su 8 h) – media su 8 h)
Ossidi di azoto Ossidi di azoto (NO(NO22 -200 -200 µµg/mg/m33 – media su 1 h) – media su 1 h)
Ozono Ozono (120 (120 µµg/mg/m33 – media su 8 h) – media su 8 h)
Benzene Benzene (5 (5 µµg/mg/m33 – media su 1 anno) – media su 1 anno)
Confronto tra tecnologia Confronto tra tecnologia convenzionale ed innovativaconvenzionale ed innovativa
Strumenti analitici
Misure accurate e precise
ingombranti
costi elevati
necessità di personale qualificato
manutenzione costante
Sensori chemio-resistivi
Facili da installare e da usare
piccole dimensioni
portatili
basso costo
Utilizzi:
adatti al monitoraggio continuo
affiancamento alla strumentazione convenzionale
validazione di modellistica di dispersione
Confronto fra le concentrazioni di CO misurate da un Confronto fra le concentrazioni di CO misurate da un sensore a base di una soluzione solida di SnO2, TiO2 e sensore a base di una soluzione solida di SnO2, TiO2 e Nb e uno spettrofotometro IRNb e uno spettrofotometro IR
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04/01/07 06/01/07 08/01/07 10/01/07 12/01/07
CO SensCO analizzatore
Tempo
CO
[ppm
]
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13/12/06 15/12/06 17/12/06 19/12/06 21/12/06
CO SensCO analizzatore
CO
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m]
inverno
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06/05/09 16:48:00 19:12:00 21:36:00 07/05/09
RH
T
W11
W11
LF4
STN
STN
V
HIMALAYA 5078 mt
Monitoraggio dell’inquinamento atmosferico Monitoraggio dell’inquinamento atmosferico nel Nepal nel Nepal
Himalaya (5078 m)Himalaya (5078 m)
Esperimenti di monitoraggioEsperimenti di monitoraggio
24 ore di monitoriaggio giornaliere dal 9 al 15 gennaio 2006 - Palazzo Turchi di Bagno (Ferrara, 2 – 8 m)
Di notte, le concentrazioni di NOx sono maggiori al piano superiore, quando il traffico, sorgente di inquinanti a livello del suolo è assente e le sorgenti di NOx sono più alte, come I camini domestici e industriali.
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00:00:00 04:00:00 08:00:00 12:00:00 16:00:00 20:00:00 24:00:00January 9-15 2006
NO
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g/m
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Monday – lower levelMonday – upper levelSunday – lower levelSunday – upper level