O objetivo do presente trabalho é o desenvolvimento de um dispositivo MOS como sensor de imagem química para a detecção e classificação de gases de hidrogênio e amônia através da técnica de escaneamento de luz pulsada (TELP). O dispositivo MOS foi fabricado sobre substrato de silício (100) e resistividade de 10 -cm. A porta do dispositivo foi constituída de um eletrodo bimetálico de Au-Pd com espessura nanométrica. Foi proposto um sistema automático de posicionamento X Y para o escaneamento do feixe de luz pulsada baseado no controle PID e no software Labview®. O processo de aquisição de dados foi também automatizado via instrumentação virtual definida pelo software Labview®. A partir das curvas CxV dos capacitores MOS foram extraídos os parâmetros estruturais dos dispositivos mostrando-se estes valores concordantes com os valores definidos no projeto inicial. Adicionalmente foi determinada a largura máxima da camada de depleção sendo este parâmetro importante na sensibilidade da resposta do sensor. O dispositivo MOS em ambiente inerte (N2) apresentou máxima sensibilidade de fotocorrente para polarização de 0,6 V correspondente à máxima largura de depleção. Em ambientes de H2 e NH3, o máximo de sensibilidade foi deslocado para tensões menores a 0,6 V atribuindo-se este fato à adsorção de átomos de Hidrogênio na interface metal/SiO2. As imagens químicas obtidas a partir da resposta do sensor MOS em modo de operação TELP para ambientes de H2 e NH3, respectivamente, apresentaram padrões característicos a cada tipo de gás independentemente da concentração utilizada permitindo a classificação plena destes gases. Os resultados obtidos no presente trabalho sugerem a possibilidade de implementação de um sistema de nariz eletrônico apenas utilizando um único sensor. / The aim of the present work is the development of a MOS device as a sensor of chemical image, for the detection and classification of hydrogen and ammonia gases, through the Scanning Light Pulse Technique (SLPT). The MOS device was fabricated onto silicon bulk (100) and resistivity of 10 -cm. The gate of the device was built from an Au-Pd bimetallic electrode, with nanometric thickness. It was proposed an X Y automatic position system for scanning the light pulsed beam, based on the PID control and on the Labview® software. The data acquisition process was also automated via virtual instrumentation defined by the Labview® software. From the C x V characteristic curves of the MOS capacitors, the device structural parameters were extracted, showing accordance with values defined in the initial project. Furthermore, it was determined the maximum depletion layer width. This parameter is important for the sensibility response of the sensor. The MOS device, in inert environment (N2), has shown photocurrent maximum sensibility for 0,6 V polarization, corresponding to the maximum depletion layer width. In H2 and NH3 environments, the maximum sensibility was dislocated for voltages lower than 0,6V, attributing it to the hydrogen atom adsorption at the metal/SiO2 interface. The chemical images obtained from the MOS sensor response, in SLPT operation mode for H2 and NH3 environments, respectively, showed characteristic patterns to each kind of gas, independent of the concentration used, allowing the complete classification of these gases. The results obtained in the present work suggest the possibility of implementing an electronic nose system, using only one sensor.

O objetivo do presente trabalho é o desenvolvimento de um dispositivo MOS como sensor de imagem química para a detecção e classificação de gases de hidrogênio e amônia através da técnica de escaneamento de luz pulsada (TELP). O dispositivo MOS foi fabricado sobre substrato de silício (100) e resistividade de 10 -cm. A porta do dispositivo foi constituída de um eletrodo bimetálico de Au-Pd com espessura nanométrica. Foi proposto um sistema automático de posicionamento X Y para o escaneamento do feixe de luz pulsada baseado no controle PID e no software Labview®. O processo de aquisição de dados foi também automatizado via instrumentação virtual definida pelo software Labview®. A partir das curvas CxV dos capacitores MOS foram extraídos os parâmetros estruturais dos dispositivos mostrando-se estes valores concordantes com os valores definidos no projeto inicial. Adicionalmente foi determinada a largura máxima da camada de depleção sendo este parâmetro importante na sensibilidade da resposta do sensor. O dispositivo MOS em ambiente inerte (N2) apresentou máxima sensibilidade de fotocorrente para polarização de 0,6 V correspondente à máxima largura de depleção. Em ambientes de H2 e NH3, o máximo de sensibilidade foi deslocado para tensões menores a 0,6 V atribuindo-se este fato à adsorção de átomos de Hidrogênio na interface metal/SiO2. As imagens químicas obtidas a partir da resposta do sensor MOS em modo de operação TELP para ambientes de H2 e NH3, respectivamente, apresentaram padrões característicos a cada tipo de gás independentemente da concentração utilizada permitindo a classificação plena destes gases. Os resultados obtidos no presente trabalho sugerem a possibilidade de implementação de um sistema de nariz eletrônico apenas utilizando um único sensor. / The aim of the present work is the development of a MOS device as a sensor of chemical image, for the detection and classification of hydrogen and ammonia gases, through the Scanning Light Pulse Technique (SLPT). The MOS device was fabricated onto silicon bulk (100) and resistivity of 10 -cm. The gate of the device was built from an Au-Pd bimetallic electrode, with nanometric thickness. It was proposed an X Y automatic position system for scanning the light pulsed beam, based on the PID control and on the Labview® software. The data acquisition process was also automated via virtual instrumentation defined by the Labview® software. From the C x V characteristic curves of the MOS capacitors, the device structural parameters were extracted, showing accordance with values defined in the initial project. Furthermore, it was determined the maximum depletion layer width. This parameter is important for the sensibility response of the sensor. The MOS device, in inert environment (N2), has shown photocurrent maximum sensibility for 0,6 V polarization, corresponding to the maximum depletion layer width. In H2 and NH3 environments, the maximum sensibility was dislocated for voltages lower than 0,6V, attributing it to the hydrogen atom adsorption at the metal/SiO2 interface. The chemical images obtained from the MOS sensor response, in SLPT operation mode for H2 and NH3 environments, respectively, showed characteristic patterns to each kind of gas, independent of the concentration used, allowing the complete classification of these gases. The results obtained in the present work suggest the possibility of implementing an electronic nose system, using only one sensor.

O presente trabalho descreve o desenvolvimento e implementação de duas configurações distintas de um receptor optoeletrônico integrado. A primeira configuração é similar a um projeto encontrado na literatura mas apresenta diversas modificações que lhe conferiram melhor desempenho em comparação ao projeto original. A segunda configuração é uma nova proposta deste trabalho. O receptor foi desenvolvido e implementado visando sua aplicação em redes de comunicações ópticas passivas (PONs) de alta velocidade comutadas a pacote, para possibilitar a utilização da técnica de multiplexação em comprimento de onda (WDM), aumentando assim a capacidade de transmissão da rede, em particular no ramo de ligação da rede de serviços com o usuário final, denominado rede de acesso. O principal objetivo do receptor aqui desenvolvido foi proporcionar uma sintonia rápida entre os canais disponíveis na rede, possibilitando sua seleção num tempo inferior àquele necessário para a transmissão de um único pacote de informação, diminuindo assim o atraso de sintonia e, por conseguinte, a perda de informação. Para tanto, os circuitos integrados implementados e caracterizados referem-se aos circuitos de chaveamento eletrônico e do amplificador de transimpedância das duas configurações investigadas. Os dados experimentais obtidos para as duas configurações confirmaram a previsão de chaveamento dos canais de entrada num intervalo de tempo da ordem de alguns nanosegundos, o que é totalmente compatível com a velocidade de transmissão das aplicações a que se destina este receptor (aproximadamente 5 Gbits/s). Adicionalmente, são apresentados os dados experimentais relativos à freqüência de corte, ganho direto, isolação, relação on/off e características de ruído dos circuitos implementados. / The present work describes the design and implementation of two configurations of an integrated optoelectronic receiver. The first one is similar to a previously reported design but with some modifications to improve its performance. The second one is a new proposal of this work. The goal of the receiver design and implementation was its application in high bit rate packet-switched passive optical networks (PONs) employing the wavelength division multiplexing (WDM) technique to increase the network capacity, in particular on the connection branch of the network core with the final user, the access network. The main goal of the receiver design was to achieve a fast channel tuning, allowing a tuning time smaller than the required for the transmission of a single information packet, decreasing the tuning latency and, therefore, the rate of information packet loss. In order to accomplish this goal, the implemented and tested integrated circuits include the electronic switching circuit and the transimpedance amplifier for both configurations investigated. The measured data for both configurations confirm the expected input channel switching time results, of about a few nanoseconds, which is certainly useful for the expected bit rate of operation (approximate 5 Gbps). Additionally, experimental results concerning cutoff frequency and bandwidth, direct gain, isolation, on/off ratio, and noise characteristics of both implemented circuits are presented.

O presente trabalho descreve o desenvolvimento e implementação de duas configurações distintas de um receptor optoeletrônico integrado. A primeira configuração é similar a um projeto encontrado na literatura mas apresenta diversas modificações que lhe conferiram melhor desempenho em comparação ao projeto original. A segunda configuração é uma nova proposta deste trabalho. O receptor foi desenvolvido e implementado visando sua aplicação em redes de comunicações ópticas passivas (PONs) de alta velocidade comutadas a pacote, para possibilitar a utilização da técnica de multiplexação em comprimento de onda (WDM), aumentando assim a capacidade de transmissão da rede, em particular no ramo de ligação da rede de serviços com o usuário final, denominado rede de acesso. O principal objetivo do receptor aqui desenvolvido foi proporcionar uma sintonia rápida entre os canais disponíveis na rede, possibilitando sua seleção num tempo inferior àquele necessário para a transmissão de um único pacote de informação, diminuindo assim o atraso de sintonia e, por conseguinte, a perda de informação. Para tanto, os circuitos integrados implementados e caracterizados referem-se aos circuitos de chaveamento eletrônico e do amplificador de transimpedância das duas configurações investigadas. Os dados experimentais obtidos para as duas configurações confirmaram a previsão de chaveamento dos canais de entrada num intervalo de tempo da ordem de alguns nanosegundos, o que é totalmente compatível com a velocidade de transmissão das aplicações a que se destina este receptor (aproximadamente 5 Gbits/s). Adicionalmente, são apresentados os dados experimentais relativos à freqüência de corte, ganho direto, isolação, relação on/off e características de ruído dos circuitos implementados. / The present work describes the design and implementation of two configurations of an integrated optoelectronic receiver. The first one is similar to a previously reported design but with some modifications to improve its performance. The second one is a new proposal of this work. The goal of the receiver design and implementation was its application in high bit rate packet-switched passive optical networks (PONs) employing the wavelength division multiplexing (WDM) technique to increase the network capacity, in particular on the connection branch of the network core with the final user, the access network. The main goal of the receiver design was to achieve a fast channel tuning, allowing a tuning time smaller than the required for the transmission of a single information packet, decreasing the tuning latency and, therefore, the rate of information packet loss. In order to accomplish this goal, the implemented and tested integrated circuits include the electronic switching circuit and the transimpedance amplifier for both configurations investigated. The measured data for both configurations confirm the expected input channel switching time results, of about a few nanoseconds, which is certainly useful for the expected bit rate of operation (approximate 5 Gbps). Additionally, experimental results concerning cutoff frequency and bandwidth, direct gain, isolation, on/off ratio, and noise characteristics of both implemented circuits are presented.