USO DE UN SUSTRATO COMO DETECTOR DE SUSTANCIAS DOPANTES.

Uso de un sustrato con una superficie terminada con hidrógeno (H),

para la detección selectiva de al menos una de las sustancias dopantes químicas B2H 6, PH 3, AsH 3 en un gas, en donde el sustrato está hecho de un material no conductor con una conductividad superficial presente o está hecho de un material semiconductor

La invención se refiere a un uso particular de un sustrato para la detección de sustancias químicas peligrosas.

A ellas pertenecen fosfina (PH3), arsina (AsH3), diborano (B2H6). Éstas forman un grupo de sustancias dopantes muy venenosas, las cuales se emplean rutinariamente en la industria de los semiconductores.

Por lo tanto, existe una intensa necesidad de poder detectar rápidamente la presencia de sustancias muy peligrosas de este tipo en distintos entornos, en particular en el aire.

Para la detección de los gases y vapores arriba mencionados existen en el mercado varios sistemas de sensores. Estos son, por una parte, instrumentos analíticos costosos y muy complejos, que sólo pueden ser manejados por personal especializado y cuyos resultados solamente pueden ser interpretados de forma segura por personal de este tipo. Ejemplos de ellos son cromatógrafos de gases, espectrómetros de masas y de movilidad de iones. Sensores habituales en el comercio y económicos tales como, p. ej., sensores de óxidos mixtos de capa gruesa pueden detectar gases peligrosos de este tipo ciertamente en bajas concentraciones. Un inconveniente agravante de este tipo de sensores económicos es, sin embargo, el hecho de que éstos reaccionan asimismo frente a un gran número de gases perturbadores que pueden estar asimismo presentes en el aire en concentraciones relativamente elevadas y fuertemente variables. El motivo de la deficiente selectividad está justificado, entre otros, también por la elevada temperatura de funcionamiento de aproximadamente 400ºC, a la cual se calcinan en la superficie del sensor la mayoría de las moléculas a detectar y, con ello, son detectadas tan sólo eléctricamente. Por lo tanto, para la identificación más precisa deben ponerse paralelamente en funcionamiento varios sensores con diferentes sensibilidades cruzadas en una disposición ordenada de sensores (los denominados apéndices electrónicos). Sin embargo, por lo motivos arriba mencionados, una detección inequívoca de sustancias químicas de combate con ayuda de apéndices electrónicos no era todavía posible, en la mayoría de los casos, con la seguridad necesaria.

Por lo tanto, es misión de la presente invención posibilitar una detección rápida y no complicada de al menos algunas de las sustancias dopantes antes mencionadas en el aire a la temperatura ambiente, sin reaccionar a los gases perturbadores que se presentan asimismo en diferentes entornos industriales y/o en el medio ambiente.

Este problema se resuelve mediante el uso particular de un sustrato, en sí conocido, conforme a la reivindicación 1.

Ejecuciones ventajosas de la invención son objeto de las reivindicaciones subordinadas.

Mediante el uso de acuerdo con la invención del sustrato se pueden detectar sustancias dopantes químicas en gases y, en particular, en el aire, sin que tenga lugar una perturbación de la detección por parte de otras sustancias presentes. Esto significa que se evita un solapamiento de la señal de medición, provocado por las sustancias peligrosas o de combate muy venenosas o de acción letal, por parte de señales que son provocadas por sustancias perturbadoras de fondo. Gases perturbadores de este tipo son, por ejemplo, CO, O3, gas natural (en particular CH4) o también vapores alcohólicos.

Ventajosamente, la densidad de la ocupación de hidrógeno en la superficie se reduce mediante oxidación parcial. Con ello se consigue un aumento de la sensibilidad.

Conforme a la invención, el sustrato se adecua para la detección de sustancias dopantes muy venenosas que, químicamente, pertenecen a los Grupos III o V de los compuestos H.

La invención se basa en la consideración de que la mayoría de estas sustancias presentan orbitales de los electrones doblemente ocupados, los cuales no participan en enlace covalente alguno dentro de la molécula a detectar. La superficie hidrogenada o terminada en hidrógeno del sustrato ofrece una posibilidad de amarre a través de uniones de puentes hidrógeno. Los resultados de medición descritos en lo que sigue confirman que, a través de uniones de sorción física de este tipo, se pueden transferir, con una probabilidad suficientemente elevada, cargas eléctricas entre los compuestos de las sustancias de combate y el sustrato del sensor. Transferencias de carga de este tipo conducen a una modificación de la conductividad eléctrica en la superficie del sustrato y, con ello, a una señal del sensor detectable.

Preferiblemente, en la superficie terminada en hidrógeno (H) se miden, por medio de un dispositivo de medición, desplazamientos de las cargas en superficie.

En particular, una capa de átomos de hidrógeno, aplicada sobre el sustrato, forma la superficie terminada en hidrógeno (H). La capa de átomos de hidrógeno es, por ejemplo, una capa monoatómica.

El sustrato puede estar hecho, por ejemplo, de diamante, silicio amorfo hidrogenado (a-Si:H), carburo de silicio, un nitruro del Grupo III o un óxido metálico. Ejemplos concretos de los dos últimos grupos son GaN u óxido de estaño o, también, óxido de zinc.

La resistencia eléctrica se mide preferiblemente en la superficie terminada en hidrógeno (H) por medio de un dispositivo de medición. La medición para la detección de los gases o vapores mencionados tiene lugar, preferiblemente, a una temperatura por debajo de 100ºC, en particular también a la temperatura ambiente.

La superficie del sustrato terminada en hidrógeno (H), sensible, se limpia preferiblemente mediante aclarado con un fluido que no contiene las sustancias a detectar, en particular aire. La limpieza tiene lugar, preferiblemente, mediante la adición de un fluido oxidante tal como, en particular, ozono.

Conforme a la invención, el sustrato se utiliza para la detección de uno o varios de los siguientes gases: B2H6, PH3, AsH3.

Mediante el uso de acuerdo con la invención se puede formar un detector que comprende un sustrato que presenta una superficie del sustrato terminada en hidrógeno (H), a ser expuesta al gas, así como un dispositivo de medición para medir desplazamientos de cargas superficiales en la superficie del sustrato terminada en hidrógeno (H), en donde el sustrato está hecho de un material no conductor con una conductividad en superficie o de un material semiconductor.

Preferiblemente, para la formación de la superficie del sustrato terminada en hidrógeno (H) está aplicada sobre el sustrato una capa de átomos de hidrógeno.

Además, se puede utilizar una unidad de selección, p. ej. en forma de un transistor. La unidad de selección y la capa sensible, p. ej. a-Si:H o diamante terminado en H, pueden estar hechas de distintos materiales, es decir, la capa sensible se aplica primeramente sobre la capa de selección.

Conforme a la invención, según ello, por ejemplo una superficie de semiconductor se termina con una capa de hidrógeno atómico. Una superficie de semiconductor hidrogenada de este tipo forma la capa sensible a la que se amarran las sustancias dopantes a detectar. La terminación en H posibilita, p. ej., una adición de una molécula H del Grupo V a detectar, y la subsiguiente formación, a la temperatura ambiente, de un complejo cargado eléctricamente a base de esta molécula con el hidrógeno unido a la superficie. Gases perturbadores reaccionan tan sólo a temperaturas elevadas en la superficie y, por consiguiente, no representan peligro alguno para la alteración.

Un detector que resulta de un uso de acuerdo con la invención tiene un menor consumo de potencia que los productos de la competencia actuales, dado que no se requiere potencia de caldeo alguna para la capa sensible.

Además, resulta una constitución no complicada y un escaso consumo de potencia, dado que es suficiente solamente un único sensor y no se requieren otros sensores para la eliminación por filtración de gases perturbadores.

Un sensor creado mediante el uso conforme a la invención se distingue, en particular, porque no tiene sensibilidad cruzada alguna a las influencias ambientales y a los gases perturbadores en el acabado industrial.

Tras una medición, la superficie del sensor puede ser limpiada mediante una elevada concentración de ozono.

El efecto de una modificación de la conductividad superficial de superficies de semiconductores hidrogenadas por parte de diferentes compuestos H del Grupo V, utilizado conforme a la invención, es ya conocido desde... [Seguir leyendo]

1. Uso de un sustrato con una superficie terminada con hidrógeno (H), para la detección selectiva de al menos una de las sustancias dopantes químicas B2H6, PH3, AsH3 en un gas, en donde el sustrato está hecho de un material no conductor con una conductividad superficial presente o está hecho de un material semiconductor.

2. Uso según la reivindicación 1, caracterizado porque la densidad de la ocupación de hidrógeno en la superficie se redujo mediante oxidación parcial. 3. Uso según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque en la superficie terminada en hidrógeno (H) se miden, mediante un dispositivo de medición, desplazamientos de cargas en la superficie.

4. Uso según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque una capa de átomos de hidrógeno, aplicada sobre el sustrato, forma la superficie terminada en hidrógeno (H). 5. Uso según la reivindicación 4, caracterizado porque la capa de átomos de hidrógeno es una capa monoatómica. 6. Uso según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el sustrato está hecho de diamante, silicio amorfo, carburo de silicio, un nitruro del Grupo III o un óxido metálico.

7. Uso según la reivindicación 6, caracterizado porque el sustrato comprende GaN u óxido de estaño u óxido de zinc. 8. Uso según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la resistencia eléctrica en la superficie 15 terminada con hidrógeno (H) se mide mediante un dispositivo de medición. 9. Uso según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la medición para la detección de los gases

o vapores mencionados tiene lugar a una temperatura inferior a 100ºC, en particular inferior a aprox. 55ºC.

10. Uso según la reivindicación 9, caracterizado porque la medición tiene lugar a la temperatura ambiente.

11. Uso según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la superficie del sustrato sensible, 20 terminada con hidógeno (H), se limpia mediante aclarado con un fluido que no contiene las sustancias a detectar, en particular aire.

12. Uso según la reivindicación 11, caracterizado porque la limpieza tiene lugar bajo adición de un fluido oxidante tal como, en particular, ozono, y/o bajo la adición de luz ultravioleta.