Curriculum vitae alessio giberti dati anagrafici
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dei vari termini nel bilancio termico globale, quantificando ad esempio l’influenza dell’intensità del flusso nella camera di test [8]. L’enorme importanza rivestita dalla dimensione dei grani è stata investigata dal punto di vista del potenziale elettrostatico nel grano attraverso l’equazione di Poisson in coordinate sferiche. Quando infatti il raggio del grano scende a dimensioni comparabili con la lunghezza di estinzione del potenziale, la descrizione in coordinate piane non è più accurata. In questo modo è stato possibile evidenziare forti differenze fra il biossido di stagno e il biossido di titanio. Utilizzando valori sperimentali noti di barriera, permittività elettrica e doping level, è risultato che, nel range in cui il raggio del grano è compreso fra 50 e 150 nm, il biossido di stagno abbia una densità di stati superficiali quasi costante, mentre per il biossido di titanio al di sotto dei 60 nm si abbia una forte decrescita. Tramite questa importante osservazione è possibile affermare che nel range indicato il biossido di stagno non possa essere considerato nanostrutturato, contrariamente al biossido di titanio, in quanto l’alta densità di stati superficiali porta al fenomeno del pinning del livello di Fermi, che vincola l'altezza della barriera intergranulare al livello di neutralità degli stati superficiali (teoria di J. Bardeen). Questa indagine è stata condotta all’interno di una ricerca a più ampio spettro sull’applicabilità sei sensori a film spesso nelle problematiche ambientali [7]. È stato preso in considerazione anche il problema del profilo temporale della risposta del film spesso ad un gradino di concentrazione di un gas target, in quanto si sono osservati profili di tipo diverso dalla classica forma a “pinna di squalo”. Le condizioni sperimentali, come ad esempio il volume della camera di test, hanno un’influenza significativa su questo aspetto, ciononostante profili inaspettati si sono osservati su diversi sistemi di misura, spingendomi ad indagare sulle possibili cause. Le osservazioni hanno portato all’ipotesi di comportamenti di tipo competitivo fra reazioni chimiche superficiali con costanti cinetiche diverse. Per dare credito a questa ipotesi sono state considerate reazioni comprendenti ossigeno atmosferico (che interviene sempre nelle reazioni di superficie) e acqua, ed è stata trovata la dipendenza dal tempo della concentrazione superficiale (a partire da condizioni iniziali definite) attraverso la risoluzione dell’equazione di Kirkwood-Crawford. È risultato che sotto particolari condizioni la competizione fra le due reazioni porta effettivamente a profili del tipo osservato. Il risultato è significativo, nonostante una dimostrazione inconfutabile di questa teoria necessiterebbe dei valori delle costanti cinetiche delle reazioni, che ad oggi non sono noti. I risultati ottenuti sono comunque stati pubblicati nei proceedings della conferenza MRS 2006. La tecnica di spettroscopia a riflettanza diffusa è stata utilizzata per studiare le transizioni elettroniche in un ossido misto MoO 3 -WO
3 , confrontando campioni che hanno subito trattamenti termici a differente temperatura. La diminuzione di densità di donori con l’aumentare della temperatura del trattamento termico evidenziata dalle misure spettroscopiche, si è trovata in accordo con le misure elettriche sul film spesso realizzato con lo stesso materiale. La dipendenza della densità di difetti dal trattamento termico sfocia in una dipendenza inversa nella barriera di superficie, che è stata misurata sperimentalmente per entrambi i campioni con il metodo dei salti stimolati di temperatura (Clifford e Tuma). Questa ricerca è stata svolta in collaborazione con il Dipartimento di Chimica IFM dell’Università di Torino [6]. Il modello di conduzione viene continuamente approfondito, in particolare ora si vuole chiarire il ruolo del Fermi Level Pinning nei grani completamente svuotati, nei quali la lunghezza di estinzione del potenziale è maggiore del raggio del grano. Questo tipo di indagine è molto significativo, in quanto può spiegare comportamenti come le derive a lungo termine e le instabilità dopo brusche
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variazioni, come i fenomeni di drift della conduttanza in condizioni di stazionarietà della composizione chimica della fase gassosa [16]. In caso di alta densità di stati superficiali in questo tipo di nanostrutture, variazioni di conduttanza in condizioni di atmosfera costante possono essere dovute solamente all'in-diffusion di ossigeno nel bulk, che cambia la forma della barriera, e in particolare l'ampiezza della zona di svuotamento. La costante di diffusione reperibile in letteratura per questo tipo di processo, è in accordo con i tempi caratteristici osservati nelle derive dei sensori. In questa situazione, la corrente termoionica non può subire variazioni, dato che l'altezza di barriera è fissata dal Fermi Level Pinning, per cui la corrente di tunneling è l'unico meccanismo in gioco. Ora si sta lavorando per calcolare il contributo della corrente di tunneling nei grani completamente svuotati. Il fenomeno della diffusione di ossigeno atomico dalla superficie al bulk e vice versa, è stato recentemente dimostrato con l’aiuto di misure FTIR unitamente a caratterizzazioni di tipo elettrico in condizioni di presenza/assenza di ossigeno [18]. La componente di tunnel della corrente è stata oggetto di un approfondito studio teorico-sperimentale sulla conduzione nei semiconduttori policristallini sia nel caso di grani completamente svuotati che non [23].
Prototipazione di sensori a film spesso per monitoraggio ambientale e loro applicazioni L’applicazione dei sensori chemioresistivi al monitoraggio ambientale presenta notevoli vantaggi in termini di costi, manutenzione e ingombro rispetto ai sistemi convenzionali, basati su spettrofotometri e gascromatografia, ragion per cui questo campo di ricerca riveste un notevole interesse tecnologico. Inoltre, essendo il settore particolarmente complesso per via del fatto che l’interazione fra il materiale sensibile ed il gas avviene tramite la superficie dei grani costituenti il film spesso, ed è noto come la fisica e chimica di superficie siano discipline con un forte grado di complessità, ricopre anche un forte interesse scientifico. Il mio contributo si è focalizzato sul tentativo di capire l’influenza dei diversi parametri ambientali sui meccanismi di conduzione elettrica in un film spesso di ossidi semiconduttori. Il periodo trascorso presso il Laboratorio Sensori e Semiconduttori mi ha permesso di acquisire esperienza nella tecnologia del film spesso e nella caratterizzazione elettrica e ottica di ossidi semiconduttori policristallini, tramite misure di conducibilità elettrica su film spessi. I film spessi di ossidi semiconduttori, utilizzati per sensoristica ambientale dal Laboratorio Sensori e Semiconduttori, vengono ottenuti per via serigrafica, e sono costituiti da particelle di dimensioni nanometriche. Questo aspetto è di importanza cruciale per il meccanismo di funzionamento come sensore. La dimensione delle particelle del film dipende da quella della polvere di ossido semiconduttore che costituisce la fase funzionale della pasta serigrafica da depositare e che, dopo un opportuno trattamento termico, diventa lo strato sensibile del dispositivo. Attraverso particolari procedimenti chimici in fase di sintesi e trattamenti termici post-produzione della polvere è dunque possibile controllare questo importante parametro. I risultati raggiunti nell’ambito dei materiali per sensing hanno riguardato in particolar modo semiconduttori ad ampio gap quali biossido di stagno, biossido di titanio, triossido di tungsteno, ossido di zinco ed altri, la cui conducibilità è dovuta a difetti di tipo stechiometrico. Sono stati tenuti in considerazione anche gli effetti di opportune addittivazioni di altri materiali come oro, palladio e niobio, che possono agire come catalizzatori verso ben determinati inquinanti atmosferici. Yüklə 199,51 Kb. Dostları ilə paylaş:
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