Este trabalho tem como objetivos: a caracterização dos sensores SGFET (Suspended Gate Field Effect Transistors) para medidas de pH, o desenvolvimento de um protocolo de calibração destes sensores e o desenvolvimento de um sistema autônomo de medidas utilizando matrizes de sensores SGFET para controle do pH e monitoramento da qualidade de água potável. Diferentes arranjos experimentais e metodologias de testes foram analisados no decorrer do trabalho. Na caracterização do sensor de pH, foram obtidas sensibilidades de até S=449 mV/pH valor 7 vezes superior à sensibilidade máxima obtida em pHmetros de eletrodos combinados que baseiam-se no potencial Nernst (59,15 mV/pH), para medidas de Vgs e S=6 A/pH, para medidas da corrente Ids. Com base nesta caracterização, foram realizados testes para o monitoramento da qualidade de água potável durante um período de 135 horas. As medidas mostraram uma grande estabilidade e reprodutibilidade dos sensores SGFET. Nos testes utilizando o sistema autônomo de medidas, foram obtidas sensibilidades de até S=715 mV/pH. No primeiro capítulo será apresentada uma revisão bibliográfica das características, vantagens e desvantagens dos principais medidores de pH utilizados atualmente. No segundo capítulo apresentamos os princípios de funcionamento dos sensores SGFET utilizando como base transistores de efeito de campo do tipo metal óxido semicondutor (MOS-FET). No terceiro capítulo apresentamos um resumo das etapas de fabricação dos sensores SGFET, onde compararemos dois processos de fabricação. O primeiro processo é referente às etapas de fabricação do transistor SGFET realizadas no grupo de microeletrônica do Institut d\'Electronique et des Télécommunications de Rennes (IETR) na Universidade de Rennes 1 e o segundo processo é referente às etapas de fabricação de transistores SGFET realizada na empresa MHS situada na cidade de Nantes na França. Também introduzimos o conceito de matrizes sensores SGFET. No quarto capítulo serão apresentados os resultados das medidas experimentais dos sensores SGFET, tanto para o uso do dispositivo no controle do pH de soluções aquosas, como no monitoramento de água potável. Também apresentamos o detalhamento do protocolo de calibração desenvolvido para aumentar a reprodutibilidade das medidas. No quinto capítulo serão apresentados os elementos do sistema autônomo de medidas e os resultados iniciais das medidas experimentais realizadas utilizando esse sistema. Também serão apresentadas as vantagens e facilidades que o desenvolvimento desse sistema de medidas agregou aos resultados experimentais. Finalmente no Capítulo Seis as conclusões e no Capítulo 7 as sugestões de trabalhos futuros. / The objectives of this work are: the characterization of the and SGFET (Suspended Gate Field Effect Transistors) sensors applied to pH measurements, the development of a calibration protocol of these SGFET sensors and the development of an autonomous measurement system using SGFET sensor matrixes for pH control and drink water quality monitoring. In this work, many experimental arrangements and tests methodologies were analyzed. Sensitivities up to 449 mV/pH, measuring the variation of Vgs, and 6 A/pH, measuring the Ids current were obtained. For drink water quality monitoring, long time test (135 hours) was performed. The sensors showed a high stability and reproducibility. The autonomous measurements system also showed a high sensitivity (up to S = 715 mV/pH). The first chapter shows a review of the characteristics, advantages and disadvantages of the main pH meters used today. In the the second chapter, the SGFET sensor, based on MOS-FET transistor, operating principles will be present. The third chapter is the fabrication steps of SGFET sensors summary, where we compare two processes: the IETR (\"Institut d\'Electronique et de Télécommunications de Rennes\") process, developed at the University of Rennes 1, and the MHS (a private company located in Nantes-France) process. Also, we introduce the SGFET sensors matrixes. In the fourth chapter, it is present the experimental results obtained from the SGFET sensors measurements to pH control and drink water quality monitoring. Also, the details of the calibration protocol, developed to increase the measurements reproducibility, are present. In the fifth chapter, the details of the measurement autonomous system are described as well as the preliminary results are presented. Also, the advantages and the added value of this system gave to the experimental results are showed. Finally, in the sixth chapter, the conclusion of this work are presented and in the seventh chapter some future works are suggested.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:usp.br/oai:teses.usp.br:tde-12122011-132247 |
| Date | 05 September 2011 |
| Creators | Rodrigues, Bruno da Silva |
| Contributors | Morimoto, Nilton Itiro |
| Publisher | Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP |
| Source Sets | Universidade de São Paulo |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | Tese de Doutorado |
| Format | application/pdf |
| Rights | Liberar o conteúdo para acesso público. |
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