Desenvolvimento de filmes finos de TiOx e ZnO para dispositivos ISFET e SAW

O objetivo deste trabalho e a obtencao e caracterizacao de filmes finos de oxido de titânio (TiOx) e de oxido de zinco (ZnO) para aplicacoes em sensores baseados em transistores de efeito de campo eletrico sensiveis a ions (Ion Sensitive Field Effect Transistor- ISFET) e de ondas acusticas de superficie (Surface Acoustic Waves – SAW), respectivamente. Desta forma, dois diferentes tipos de sensores foram obtidos. O primeiro e o sensor quimico ISFET, cujos oxidos de porta foram os filmes de TiOx. Os filmes de Ti foram depositados sobre substrato de Si atraves do metodo de evaporacao por feixe de eletrons, e, atraves do metodo de pulverizacao catodica (sputtering). Em seguida foram oxidados em forno termico de processamento rapido (RTP). A caracterizacao estrutural ocorreu atraves de elipsometria, de microscopia de forca atomica, de espectroscopia Raman, de difracao de raios-X e de espectroscopia de absorcao de raios-X proximo da borda, constatando a estrutura cristalina tetragonal referente a forma rutilo do TiO2. A caracterizacao eletrica da melhor amostra atraves da curva C-V demonstrou constante dieletrica igual a 8, densidade de estados na interface da ordem de 10-10eV-1.cm-2 e densidade de corrente da ordem de 10-4A/cm2. O MOSFET apresentou tensao Early da ordem de kV, e, resistencia de saida da ordem de MΩ. Este dispositivo possui tensao de limiar igual a 0,30V, corrente de fuga da ordem de 10-8A e transcondutância igual a 12μS. O ISFET apresentou sensibilidade em corrente de 63μA/pH e sensibilidade em tensao equivalente a 64mV/pH, valor que encontra-se proximo do esperado de 59mV/pH (limite de Nernst). O segundo sensor e baseado em ondas acusticas de superficie. Esta tese se dedicou na integracao deste sensor sobre substrato de Si, que nao sendo piezeletrico impossibilita a geracao de ondas acusticas. Como alternativa, o ZnO, que e piezeletrico, foi depositado sobre um filme fino de SiO2 sobre Si, tornando viavel a confeccao de dispositivos do tipo SAW e permitindo o estudo do transporte de cargas aprisionadas nos minimos e maximos do potencial piezeletrico gerado pelo oxido de zinco sobre o Si. O filme de ZnO depositado por sputtering foi analisado por difracao de raios-X apresentando orientacao cristalina hexagonal na direcao (0002). A onda acustica foi analisada atraves dos parâmetros de espalhamento de rede e por interferometria. Na interface SiO2/Si, onde ocorre o transporte acustico, o campo piezeletrico vale 0,56kV/cm. O valor da velocidade de propagacao da onda acustica e igual a 4243m/s (obtida por simulacao, considerando a frequencia de ressonância dos IDTs igual a 750MHz, e o comprimento de onda acustico igual a 5,6μm). O transporte de pares eletrons-lacunas gerados por laser foi detectado na regiao de colecao de cargas da juncao lateral p-i-n para distâncias superiores a 50μm e para valores de PRF entre -10dBm e 0dBm. Isto resultou na eficiencia de colecao de pares em ate 12% (laser sobre a juncao), e de 3,5% com o laser 50μm distante da juncao. O desenvolvimento destes sensores sobre substrato de Si permitira a integracao com circuitos de condicionamento de sinais fabricados em tecnologia CMOS. Abstract