Cảm biến khí silic xốp có thể có nhiều ứng dụng quan trọngtrong nhiều lĩnh vực
Một phương pháp mới chế tạo cảm biến khí silic xốp do các nhà khoa học thuộc Viện Công nghệ Georgia có thể sẽ tạo thêm nhiều ứng dụng của cảm biến này trong nhiều ngành công nghiệp bao gồm lĩnh vựcmôi trường, thực phẩm, hoá học và sinh y học. Theo Giáo sư Tiến sĩ Vật lý James L. Gole, cảm biến mới, hoạt động ở nhiệt độ trong phòng, dường như rất phù hợp làm bộ cảm biến ở hiệu điện thế thấp,chi phí thấp, gắn với các thiết bị điện tử.Gole nhấn mạnh rằng cảm biến mới phản ứng nhanh với nồng độ thấp của nhiều hợp chất khí. Cảm biến hoạt động ở hiệu điện thế thấp hơn nhiều so với pin của đồng hồ đeo tay chẳng hạn và nhỏ gọn, dễ mangtheo ra thực địa cùng các thiết bị khác để theo dõi các loại khí có hại. Cảm biến đơn giản, dễ sản xuất hàng loạt, với giá rất rẻ.
Tiến bộ về kim loại hoá,
Việc hạn chế sử dụng cảm biến silic xốp được chế tạo trước đây là do cảm biến cần mức năng lượng cao đến 5 vôn. Nhóm nghiên cứu của Trường Đại học Kỹ thuật Georgia Tech đã giải quyết vấn đề này bằngcách thiết kế quy trình kim loại hoá độc đáo, giảm mạnh trở kháng của các điện cực gắn ở silic, giảm hiệu điện thế vận hành xuống khoảng từ 1 đến 10 mili vôn.
Các thử nghiệm chứng tỏ cảm biến mới có thể phát hiện amoniăc, axit clohydric và các oxyt nitơ ở nồng độ từ 10 đến 100 phần triệu và có thể thấp hơn nữa, nhạy cảm hơn nhiều so với các cảm biến silicxốp trước đây dùng phát hiện các chất này ở nồng độ 100-1000 phần triệu. Như John Toon đã nêu trong Tạp chí Research Horizon, do phản ứng hoá học mà các cảm biến sử dụng để phát hiện ra các chất khícó thể đảo chiều nhanh, các cảm biến mới này có khả năng tái sử dụng sau thời gian sử dụng lâu dài, có thể tái sinh cảm biến bằng cách xử lý hoá học đơn giản.
Bước đầu tiên trong chế tạo cảm biến là phủ tấm nền silic bằng màng silic nitrua lắng hơi ở nhiệt độ khoảng 250 oC. Sau đó, sử dụng công nghệ chế tạo mạch tổ hợp để tạo mẫu lên màng này bằng cáchdùng vật liệu cản quang. Sau đó khắc chọn lọc silic nitrua để tạo ra kiểu silic theo yêu cầu. Tiếp theo, sử dụng kỹ thuật điện hoá "nửa-ngậm nước" để khắc các lỗ hiển vi trong silic có đường kính từ1-2 micron mét. Theo Gole, việc áp dụng quy trình xử lý nhiều bước như trên tạo được các lỗ rỗng có kích thước đồng đều. Sau đó, một lớp vật liệu có các lỗ rỗng kích thước nanomet được tạo ra trênmặt của lớp vật liệu trước đó.
Tiếp đến là bước kim loại hoá chủ chốt. Quy trình không dùng điện này có ưu điểm tạo được tính chất đồng nhất cho silic xốp để tạo các tiếp xúc có trở kháng thấp (khoảng 20 ôm) để có thể gắn các dâydẫn vào đó. Phương pháp này khắc phục được một trong những thách thức của thiết bị silic xốp: tạo được tiếp xúc trở kháng thấp cho cấu trúc silic xốp. Để tạo thuận lợi cho dòng điện đi qua cảm biến,người ta lắng dọng một màng bằng nhôm lên mặt sau của tấm vật liệu bằng cách dùng các kỹ thuật in-chọn lọc và xử lý tôi bằng nhiệt.
Phát hiện glucoza,
Trong số các chất được phát hiện trong thử nghiệm của phương pháp mới có glucoza. Cảm biến được sử dụng cho mục đích này được chế tạo có các điện cực có cấu trúc xen kẽ bằng vàng lắng đọng bằngphương pháp kim loại hoá cảm ứng huỳnh quang.
Một trong những đặc trưng của cảm biến là chúng tạo ra huỳnh quang màu đỏ-da cam mạnh khi tiếp xúc với ánh sáng cực tím. Các nhà nghiên cứu của Trường Đại học Kỹ thuật Gorgia Tech cho rằng cơ chếkích thích eletron giống như vậy gây ra huỳnh quang "cũng giúp cải thiện hiệu quả của quy trình kim loại hoá không điện, dẫn đến cải thiện độ dẫn điện của các tiếp xúc".
Giáo sư Peter Hesketh của Trường Đại học Kỹ thuật Georga Tech cho biết, các tính năng đạt được với loại cảm biến mới này đã mở ra khả năng mới ứng dụng cảm biến. Các nhà nghiên cứu hy vọng có thể lắpghép các cảm biến này vào các vi mạng với chi phí không đắt, mở ra cơ hội hấp dẫn để phân tích các hỗn hợp về chất lượng nước, cảm biến môi trường, phát hiện độc tính của thực phẩm và sử dụng trongnông nghiệp. Cũng còn có các khả năng phân tích y sinh học hữu ích trong phân tích máu, xét nghiệm mầm bệnh và phân tích các phản ứng dị ứng.
Nguồn: Porous Silicon Gas Sensors Could Find Important Uses in Many Fields,
Technology Forecasts, 11/2002
