Desarrollo y caracterización de películas de silicio poroso para el uso en sensor de gases ambientales

Se estima que el 7,8 % de las muertes mundiales se atribuyen a la contaminación del aire, siendo las tasas de mortalidad más altas en países de ingresos medios. Uno de los mayores contaminantes atmosféricos significativos, especialmente en áreas urbanas, es el dióxido de nitrógeno (NO2), el cual es principalmente originado por actividades relacionadas con el transporte y la industria. Es por ello que resulta de gran importancia el monitoreo de este gas. Actualmente, existen distintos tipos de sensores que utilizan óxidos semiconductores, como el dióxido de estaño (SnO2) y el trióxido de tungsteno (WO3). Sin embargo, estos materiales suelen operar a temperaturas superiores a los 200°C. Una alternativa prometedora es el desarrollo de materiales nanoestructurados que permitan reducir la temperatura de operación del sensor. El silicio poroso (SiP) ha ganado especial atención debido a su alta relación superficie/volumen y elevada reactividad superficial. Ante esta problemática, se decidió enfocar este trabajo en el desarrollo de películas de sensoras de SiP para detectar NO2. Se utilizaron tres métodos de fabricación: ataque húmedo con ácido nítrico (HNO3) y óxido de vanadio (V2O5), y ataque por iones reactivos (RIE). Las películas sensoras obtenidas se caracterizaron mediante perfilometría óptica, para analizar la rugosidad. En base a estos resultados preliminares, se seleccionaron algunas de ellas para una caracterización más detallada. Mediante microscopía electrónica de barrido (SEM) y elipsometría se estudió la morfología de este grupo reducido de muestras. Luego, se evaluó su respuesta eléctrica, fotorrespuesta, impedancia compleja y efectividad como sensores de NO2. Se observó un aumento en la rugosidad con el tiempo de ataque para las muestras tratadas con HNO3 y V2O5. Mientras que el ataque con V2O5 generó poros, el ataque con HNO3 solo generó grietas. Las muestras atacadas con V2O5 durante un mayor tiempo presentaron poros de gran tamaño y una estructura interconectada. Sin embargo, estas muestras presentaron menor sensibilidad y mayor tiempo de respuesta tanto a la luz UV como al gas NO2, debido a una menor superficie activa. Por otro lado, el ataque con RIE produjo muestras con dos microestructuras distintas, pequeñas esferas y estructuras piramidales. Estas últimas mostraron la mayor rugosidad para este tipo de ataque. Además, de todas las muestras, estas presentaron los mejores tiempos de respuesta ante luz UV y NO2. Esto es debido a la gran área de superficie generada por las nanoestructuras piramidales. Los mejores resultados se obtuvieron con el ataque RIE correspondiente a un tipo específico de SiP conocido como black silicon. Este material muestra un potencial prometedor para su uso en sensores de gas y sería interesante seguir ajustando los parámetros del proceso para mejorar la sensibilidad al NO2. Así también sería de interés continuar explorando el potencial de este material en otras aplicaciones, como en el campo biomédico.