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@PhDThesis{Vieira:2015:DeSeGa,
               author = "Vieira, Maxson Souza",
                title = "Desenvolvimento de sensores de gases t{\'o}xicos com filme de ZnO 
                         usando o m{\'e}todo de implanta{\c{c}}{\~a}o i{\^o}nica por 
                         imers{\~a}o em plasma e deposi{\c{c}}{\~a}o",
               school = "Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)",
                 year = "2015",
              address = "S{\~a}o Jos{\'e} dos Campos",
                month = "2015-05-29",
             keywords = "sensores, ZnO, plasma, 3IP\&D, sensors.",
             abstract = "Este trabalho teve como finalidade a confec{\c{c}}{\~a}o de 
                         sensores de gases t{\'o}xicos, que foram preparados, pela 
                         primeira vez no mundo, atrav{\'e}s da t{\'e}cnica de 
                         implanta{\c{c}}{\~a}o i{\^o}nica por imers{\~a}o em plasma e 
                         deposi{\c{c}}{\~a}o (3IP\\&D). Os sensores semicondutores 
                         foram revestidos com uma fina camada de filme de {\'o}xido de 
                         zinco (ZnO), tendo sido confeccionados utilizando-se um 
                         dispositivo constru{\'{\i}}do no LAP/INPE denominado VAST 
                         (acr{\^o}nimo em ingl{\^e}s para Vaporization of Solid Targets). 
                         No processo de 3IP\\&D realizado no VAST, o zinco met{\'a}lico 
                         foi vaporizado, parcialmente ionizado e implantado/depositado 
                         sobre superf{\'{\i}}cie de sil{\'{\i}}cio. A 
                         oxida{\c{c}}{\~a}o do filme ocorre durante o processo de 
                         3IP\\&D e posteriormente atrav{\'e}s de recozimento realizado 
                         em press{\~a}o ambiente e com temperaturas atingindo 600 
                         \$^{}\$C. No processo n{\~a}o houve a inser{\c{c}}{\~a}o de 
                         um catalisador, que normalmente utilizado para aumentar a 
                         sensibilidade do sensor. A estrutura wurtzite do ZnO foi 
                         identificada no filme policristalino atrav{\'e}s da t{\'e}cnica 
                         de difratometria de raios X (DRX). A estequiometria do filme foi 
                         avaliada pela espectroscopia por energia dispersiva de raios X 
                         (EDS). As Medidas da rugosidade e da {\'a}rea superficial das 
                         amostras foram obtidas pela t{\'e}cnica de perfilometria 
                         {\'o}tica (PO). As Imagens de microscopia eletr{\^o}nica de 
                         varredura (MEV), revelaram a forma{\c{c}}{\~a}o de filmes micro 
                         e de nanoestruturados, que foram determinantes para o aumento da 
                         rugosidade e da {\'a}rea superficial analizada pela perfilometria 
                         {\'o}ptica. Atrav{\'e}s do monitoramento da varia{\c{c}}{\~a}o 
                         da resist{\^e}ncia el{\'e}trica dos sensores, quando submetidos 
                         {\`a} presen{\c{c}}a de diferentes fluxos dos gases acetileno 
                         (C\$_{2}\$H\$_{2}\$) e di{\'o}xido de carbono (CO\$_{2}\$), 
                         mediu-se a sensibilidade dos sensores, assim como os seus tempos 
                         de resposta e de recupera{\c{c}}{\~a}o, principais 
                         caracter{\'{\i}}sticas a serem avaliadas nestes elementos. O 
                         m{\'e}todo de 3IP\\&D permitiu confeccionar sensores de gases, 
                         com a obten{\c{c}}{\~a}o de filmes nanoestruturados e aderentes, 
                         em processo realizado em baixas temperaturas em 
                         compara{\c{c}}{\~a}o a outros frequentemente utilizados. Na 
                         presen{\c{c}}a do C\$_{2}\$H\$_{2}\$ o sensor apresentou alta 
                         sensibilidade, da ordem de 90\%, e baixo tempo de resposta, 
                         atingindo cerca de 2 segundos. Os ensaios evidenciaram resposta ao 
                         C\$_{2}\$H\$_{2}\$ quando o sensor foi aquecido a 140 
                         \$^{}\$C, uma temperatura considerada baixa para o caso de 
                         sensores de g{\'a}s baseados em semicondutores. A versatilidade 
                         do sensor para detec{\c{c}}{\~a}o de gases t{\'o}xicos foi 
                         evidenciada por sua resposta satisfat{\'o}ria {\`a} 
                         presen{\c{c}}a do CO\$_{2}\$. ABSTRACT: This work aimed at the 
                         production of toxic gas sensors which were prepared, for the first 
                         time in the world, by means of Plasma Immersion Ion Implantation 
                         and Deposition (PIII\\&D). The semiconductor sensors were coated 
                         with a thin zinc oxide (ZnO) film, being deposited on Si 
                         substrates using a system built at LAP/INPE called VAST 
                         (Vaporization of Solid Targets). In the process of PIII\\&D 
                         performed in VAST, metallic zinc is vaporized, partially ionized 
                         and implanted/deposited on silicon surface. Partial oxidation of 
                         the films occurs during PIII\\&D and after through annealing at 
                         ambient pressure and under high temperature, reaching about 600 
                         \$^{}\$C at maximum. In the process, there was not the 
                         insertion of a catalyst, often used to increase the sensitivity of 
                         the sensors. The wurtzite structure of the polycristalline film of 
                         ZnO was identified by X-ray diffraction (XRD). The stoichiometry 
                         ratio of the film was evaluated by energy-dispersive X-ray 
                         spectroscopy (EDS). Surface roughness and surface area of the 
                         samples were obtained by optical profilometry (OP). Topographic 
                         images of the films obtained by scanning electron microscopy 
                         (SEM), revealed the formation of micro and nanostructures grown on 
                         the surface of the films, both responsible for the increase of the 
                         roughness and considerable increase of the surface area detected 
                         by OP. By monitoring the electrical resistance variation of the 
                         sensors, when they were exposed to the presence of different flows 
                         of acetylene (C\$_{2}\$H\$_{2}\$) and carbon dioxide 
                         (CO\$_{2}\$) gases, their sensitivities, responses and recovery 
                         times were studied, these being the main characteristics to be 
                         evaluated in these sensors. PIII\\&D was effective to build gas 
                         sensors coated with adherent and nanostructured ZnO films, in a 
                         process carried out under low temperature in comparison with other 
                         kind of processes presently available. High sensitivity, of about 
                         90\%, and fast response time, of less than two seconds, were 
                         achieved when C\$_{2}\$H\$_{2}\$ was tested. Significant 
                         variation of the resistance of the sensors was attained for a 
                         temperature of 140 \$^{}\$C, which is low for a semiconductor 
                         gas sensor. The versatility of the sensor for detection of toxic 
                         gases was evident after the satisfactory response for 
                         CO\$_{2}\$.",
            committee = "Oliveira, Rog{\'e}rio de Moraes (presidente/orientador) and Ueda, 
                         Mario (orientador) and Vilela, Waldeir Amaral and Mineiro, Sergio 
                         Luiz and Massi, Marcos and Matsushima, Jorge Tadao",
           copyholder = "SID/SCD",
         englishtitle = "Development of toxic gas sensors based on ZnO films using plasma 
                         immersion ion implantation and deposition",
             language = "pt",
                pages = "142",
                  ibi = "8JMKD3MGP3W34P/3JHCNUE",
                  url = "http://urlib.net/rep/8JMKD3MGP3W34P/3JHCNUE",
           targetfile = "publicacao.pdf",
        urlaccessdate = "03 dez. 2020"
}


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