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melhorar a sensibilidade destes de forma a propiciar uma maior diferenciação nos valores de ID para diferentes valores de pH. Medidas em tempo real Uma representação do efeito de campo gerado pelos íons H + eOH − , assim como também pelas propriedades ácido/base de Arrhenius e Brönsted-Lowry na superfície do óxido de porta é mostrada na Figura 3.32 (A). Nesta são mostrados também os primeiros resultados em tempo real da variação de condutância entre fonte e dreno durante as medidas de diferentes valores de pH. Sem fazer comparações sobre as diferentes dimensões dos transistores utilizados nestas, observa-se que uma característica marcante nos ISFETs contendo apenas alumina na porta (Figura 3.32(B)), é a sua baixa sensibilidade para soluções com pH entre 7 e 5. Esta, pode ser explicada baseando-se tanto na densidade de cargas na superfície do óxido assim como nas suas constantes de acidez (pK). O ponto isoelétrico ou ponto de carga zero (PCZ) da alumina anódica é descrito ser em torno de 9,1 39,85 , assim dois estados de equilíbrio e portanto duas contantes de acidez podem ser associadas a esta 85 . Os respectivos estados de equilíbrio e os seus valores de pK são mostrados na sequência: pH < PCZ SOH2 + ⇋ SOH + H + pK1 =9,0 pH > PCZ SOH ⇋ SO − +H + pK2 = 10,3 143
Figura 3.32: Detecção de pH com os ISFETs produzidos. (A) Representação esquemática do equilíbrio químico sobre a porta de ISFETs com alumina e o comportamento elétrico no canal quando em diferentes ambientes químicos. (B) Detecção de pH em tempo real com ISFETs (porta 10 x 50 µm) contendo somente alumina em sua porta. A figura inserida na parte esquerda superior representa a densidade de carga sobre alumina em diferentes pHs. (C) Detecção de pH em tempo real com ISFETs (porta 10 x 50 µm) contendo nanoestruturas de Ag. A figura inserida na parte esquerda superior é uma foto de uma parte do conjunto de ISFETs. Enquanto a figura inserida na parte direita inferior representa a curva da variação de condutância ao longo do canal em função dos diferentes pHs. (D) Detecção de pH em tempo real com ISFETs (porta 50 x 50 µm) contendo nanoestruturas de Au. A figura inserida na parte esquerda superior demonstra a variação da condutância em diferentes pHs. A figura inserida nesta é uma foto de uma parte do conjunto de ISFETs. Durante as medidas, a tensão aplicada entre fonte e dreno (VDS) foi de 1 V. Estas, onde S representa a superfície, indicam que mesmo em meio alcalino a superfície da alumina já apresenta cargas positivas (SOH2 + ). Desta maneira, adicionando-se íons H + ao meio, a densidade de cargas positivas conforme o princípio de Le Chatelieur tende a aumentar, e conforme mostrado na Figura inserida na Figura 3.32(B), este aumento não segue uma relação linear, ou seja, a variação na densidade de cargas na superfície da alumina entre os pHs 6 e 3 é pequena e portanto uma baixa sensibilidade nesta faixa de 144
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Agradecimentos Ao Instituto de Qu
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