Tin and zinc oxides semiconductor devices

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de dispositivos semicondutores utilizando óxidos de zinco e estanho. O primeiro dispositivo semicondutor estudado está relacionado ao desenvolvimento de sensores de pH a partir do efeito de campo, enquanto que o segundo consiste na utilização de ondas acústicas de superfície para o transporte de portadores voltados para o desenvolvimento de detectores de um único fóton. Primeiramente, esses materiais foram utilizados como membranas sensíveis a íons de hidrogênio. Para isso foram fabricados os dispositivos denominados EGFETs cujo princípio de funcionamento é semelhante ao ISFET. Foram desenvolvidos filmes de SnO2 obtidos a partir da rota Pechini e pela técncia Sol-gel com o objetivo de investigar a resposta elétrica do EGFET em função da concentração de íons de H+ . Os sensores fabricados pela técnica sol-gel não apresentaram respostas satisfatórias devido à presença de poros. Por outro lado, obtivemos uma sensibilidade de 33mV/pH para o EGFET desenvolvido a partir da rota Pechini com uma membrana calcinada à 400o C. Propusemos também a utilização do ZnO como um possível candidato a sensor de pH a partir do EGFET. A melhor resposta do EGFET (uma sensibilidade de 38mV/pH) foi alcançada com a utilização de filmes de ZnO aquecidos à temperatura de 150o C. Além dos dispositivos para a detecção de íons de H+ apresentamos uma nova abordagem para a detecção de um único fóton a partir da combinação de dispositivos utilizando ondas acústicas de superfície e os transistores de um único elétron. Basicamente os protótipos consistem em uma estrutura de várias camadas otimizadas para uma eficiente absorção de fótons, uma junção p-i-n utilizada para coleta de portadores, IDT para geração da SAW e guias metálicos para controle de portadores durante o transporte acústico. Os portadores são eficientemente transportados por uma distância de 100 mm com uma perda de 12 % para a melhor configuração. Nessas condições, a eficiência do dispositivo é de 75%.This work presents the study and development of semiconductor devices base on tin and zinc oxides. The first device is related to the development of pH sensors based on field effect, while the second device uses surface acoustic waves for the transport of carriers related to a single photon detector device. Initially, the semiconductors were used as hydrogen ions sensing membranes. For that aim extended gate field effect transistors (EGFET) were developed. Their working principle is similar to the ion sensitive field effect transistor (ISFET). Through Pechini and sol-gel SnO2 thin films were obtained. The EGFET response to H+ ions was not optimal due to the presence of pores. Using Pechini, a response of 33mV/pH was obtained for the EGFET membrane calcinated at 400o C. The use of ZnO as sensing membrane was also investigated, and the best response was a sensibility of 38mV/pH) for a film heated up to 150o C. In addition to the EGFET structure, a new approach to a single photon detection is presented. This uses the combination of surface acoustic waves with a single electron transistor. Two prototypes were developed using a multi-layered structure optimized for photon absorption. Carriers are collected using a p-i-n structure. Inter-digital-transducers are used for surface acoustinc wave generation. Metallic guides are used to control the carriers during acoustic tranport. Carriers were efficiently transported over a length of 100 mm with a loss of 12 % for the best configuration. Under this optimized conditions, the efficiency of the device is 75%