Projeto e implementação de um sistema matricial para medição de pH baseado em transistores de porta suspensa (SGFET)

• Ano de defesa: 2011
• Autor(a) principal: Rodrigues, Bruno da Silva
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Água potável Qualidade); Monitoramento; pH; pHmeter; pHmetro; Sensores químicos; SGFET; Transistores; Water Monitoring
• Link de acesso: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3140/tde-12122011-132247/

Este trabalho tem como objetivos: a caracterização dos sensores SGFET (Suspended Gate Field Effect Transistors) para medidas de pH, o desenvolvimento de um protocolo de calibração destes sensores e o desenvolvimento de um sistema autônomo de medidas utilizando matrizes de sensores SGFET para controle do pH e monitoramento da qualidade de água potável. Diferentes arranjos experimentais e metodologias de testes foram analisados no decorrer do trabalho. Na caracterização do sensor de pH, foram obtidas sensibilidades de até S=449 mV/pH valor 7 vezes superior à sensibilidade máxima obtida em pHmetros de eletrodos combinados que baseiam-se no potencial Nernst (59,15 mV/pH), para medidas de Vgs e S=6 A/pH, para medidas da corrente Ids. Com base nesta caracterização, foram realizados testes para o monitoramento da qualidade de água potável durante um período de 135 horas. As medidas mostraram uma grande estabilidade e reprodutibilidade dos sensores SGFET. Nos testes utilizando o sistema autônomo de medidas, foram obtidas sensibilidades de até S=715 mV/pH. No primeiro capítulo será apresentada uma revisão bibliográfica das características, vantagens e desvantagens dos principais medidores de pH utilizados atualmente. No segundo capítulo apresentamos os princípios de funcionamento dos sensores SGFET utilizando como base transistores de efeito de campo do tipo metal óxido semicondutor (MOS-FET). No terceiro capítulo apresentamos um resumo das etapas de fabricação dos sensores SGFET, onde compararemos dois processos de fabricação. O primeiro processo é referente às etapas de fabricação do transistor SGFET realizadas no grupo de microeletrônica do Institut d\'Electronique et des Télécommunications de Rennes (IETR) na Universidade de Rennes 1 e o segundo processo é referente às etapas de fabricação de transistores SGFET realizada na empresa MHS situada na cidade de Nantes na França. Também introduzimos o conceito de matrizes sensores SGFET. No quarto capítulo serão apresentados os resultados das medidas experimentais dos sensores SGFET, tanto para o uso do dispositivo no controle do pH de soluções aquosas, como no monitoramento de água potável. Também apresentamos o detalhamento do protocolo de calibração desenvolvido para aumentar a reprodutibilidade das medidas. No quinto capítulo serão apresentados os elementos do sistema autônomo de medidas e os resultados iniciais das medidas experimentais realizadas utilizando esse sistema. Também serão apresentadas as vantagens e facilidades que o desenvolvimento desse sistema de medidas agregou aos resultados experimentais. Finalmente no Capítulo Seis as conclusões e no Capítulo 7 as sugestões de trabalhos futuros.