POLUPROVODNIČKI SENZORI U KONTROLI KVALITETA
1
Hemijskim senzorom
se uopšteno definiše mikrofabrikovani element sa hemijski
osetljivom prevlakom, koji pri izlaganju kontaminaciji, daje reproduktivan
električni signal.
Pretvarač
je u neposrednom kontaktu sa prevlakom i daje
odgovarajući signal kao odziv na promenu jednog ili više hemijskih ili fizičkih
svojstava prevlake. Prevlaka je u kontaktu sa medijumom u kome treba detektovati
određenu supstancu. Na taj način, priroda promene koja je rezultat interakcije
prevlake i analizirane supstance, određuje tip pretvarača, tj.koje fizičke mehanizme
prenosa treba koristiti [1].
Zadatak hemijskih senzora je da hemijsku ili biološku informaciju pretvore u
koristan signal. Pretvaranje je teže nego kod senzora fizičkih veličina.Zbog toga je
i tehnologija izrade komplikovanija, posebno kada se povezuju organski ili
neorganski materijali ili kada se kombimuju hemijski, biološki ili fizički principi.
Osnovni delovi senzora su:
receptor
(hemijska prevlaka, coating) tj. selektivni prijemnik fizičko-
hemijskog poremećaja
pretvarač
( eng. transducer) - specificni prenosnik signala u realnom
vremenu
Slika 1:
Načini pretvaranja signala kod biosenzora
POLUPROVODNIČKI SENZORI U KONTROLI KVALITETA
2
Prema definiciji IUPAC-a iz 1991. hemijski senzor je uređaj koji transformiše
hemijsku veličinu (od koncentracije određene vrste u analitu do ukupnog
hemijskog sastava analita) u analitički koristan signal. [2]
Osnovni zahtevi
koji se postavljaju pred nove generacije senzora za detekciju
polutanata su:
niska cena za masovnu proizvodnju
mogućnost rada bez operatora i održavanja
mala potrošnja energije
visoka osetljivost i selektivnost pri niskim koncentracijama
mikroelektronska kompatibilnost
Možemo reći da senzori pored navedenih moraju još da ispune i sledeće
uslove
kako bi bili praktični za upotrebu za kontrolu kvaliteta vazduha i bezbedonosne
primene. [3]
Pri izboru senzora za upotrebu za datu primenu,
sledeći faktori se
trebaju uzeti u obzir:
o
Definisanje koji cilj pokušavamo da postignemo
i definisanje
specifikacija instrumenta koji ispunjava minimalne zahteve. Specifikacije
trebaju definisati gasove i opsege senzora. Opsezi ili koncentracija gasova koji
se mere treba biti 3 do 5 puta veća od stvarne koncentracije za monitoring. Kao
i kod voltmetra, uvek moramo izabrati veći opseg od merenog napona. Na
primer, izbor 50-voltnog mernog opsega za 12-voltnu bateriju.
o
Određivanje
ambijentalnih gasova
u području koje se nadgleda. U
slučajevima kada se ambijentalni gasovi ne mogu odrediti, reprezentativni
POLUPROVODNIČKI SENZORI U KONTROLI KVALITETA
4
mogu se dobiti mali hemijski detektori, po veličini i ceni uporedivi sa džepnim
računarima.
Konkretna veličina koja biva pretvorena u električni signal i/ili princip konverzije
najčešće definišu konačni naziv senzora koji se koristi u praksi, npr.hemijski
senzori za detekciju gasova se obično nazivaju gasni senzori, senzori za detekciju
vlage se nazivaju samo senzori vlage itd. U skladu sa gore navedenim ako senzor
detektuje neku biološku veličinu, npr.šećer, proteine u rastvorima...onda govorimo
o biosenzorima.
U literaturi se često prepliću pojmovi hemijskog i biosenzora, tj.biohemijskog
senzora. Jedna od najčešće citiranih definicija za biosenzor glasi:biosenzori su
podgrupa hemijskih senzora gde je element koji se detektuje biološki aktivan
materijal:enzim, antitelo, tkivo, ćelija, organele...[1,2]
POLUPROVODNIČKI SENZORI U KONTROLI KVALITETA
5
Slika 2:
Izbor analizatora i monitora u zavisnosti od vrste gasa koji se detektuje
POLUPROVODNIČKI SENZORI U KONTROLI KVALITETA
7
Tabela 1:
Klasifikacija XZY struktura
X sloj
Y sloj
Metal
(M)
MOS strukture
Elektrolit
(E)
EOS strukture
Gas
(G)
GOS strukture
KLASIČNI
IZOLATOR,
d>5nm
MOS:
kondenzator
MOS
tranzistor
MOSFET
EOS:
kondenzator
EOS
tranzistor
ISFET
GOS:
kondenzator
GOS
tranzistori
OGFET,
ADFET
SLOJ
SA
TUNELSKIM
EFEKTOM
d<5nm
MiS:
tunelska
dioda
EiS:
tunelska
dioda
GiS
tunelska dioda
Šotkijeva dioda
IZOLATORSKI
SLOJ
IZOSTAVLJEN
d=0
MS:
Šotkijeva
dioda MS
prekidačka
dioda
ES:
otpornik
(direktan
kontakt
elektrolita i
poluprovodn
ika)
GS:
otpornik
(direktan
kontakt gasa i
poluprovodnia)
elektrohemijski
površinski
ultrazvučni
SAW
Centralno pitanje u razvoju hemijskih senzora je kako postići i unaprediti njihovu
selektivnost. Najčešće se selektivnost postiže ugrađivanje stabilne, hemijski
aktivne prevlake koja je osetljiva na neke od efekata hemijske ili biohemijske
reakcije. Za funkcionisanje mikrosenzora odlučujuću ulogu ima hemija prevlake.
Međutim ova oblast zahteva poznavanje fizike, elektronike, nauke o osobinama
materijala, elektrohemije, hemij polimera itd. To je inhibirajući faktor u razvoju
hemijskih senzora ali se može prevazići povezivanjem pojedinih disciplina i radom
u multidisciplinarnim istraživačkim grupama.
