but.committee	prof. Ing. Vladislav Musil, CSc. (předseda) prof. Ing. Jaromír Hubálek, Ph.D. (člen) doc. Ing. Jana Drbohlavová, Ph.D. (člen) doc. Ing. Jan Maschke, CSc. (člen) prof. RNDr. Vladislav Navrátil, CSc. (člen) prof. Ing. Miroslav Husák, CSc. - oponent (člen) doc. Ing. Vladimír Kolařík, Ph.D. - oponent (člen)	cs
but.jazyk	čeština (Czech)
but.program	Elektrotechnika a komunikační technologie	cs
but.result	práce byla úspěšně obhájena	cs
dc.contributor.advisor	Prášek, Jan	cs
dc.contributor.author	Pytlíček, Zdeněk	cs
dc.contributor.referee	Husák, Miroslav	cs
dc.contributor.referee	Kolařík, Vladimír	cs
dc.date.created	2017	cs
dc.description.abstract	Tato disertační práce se zabývá vývojem a výrobou mikrosenzorů plynů s využitím nové trojrozměrné (3D) nanostrukturované polovodivé vrstvy z oxidů kovů, která efektivně využívá výhod anorganických materiálů připravených snadno dostupnými elektrochemickými výrobními technikami bez použití litografie. Citlivá vrstva je vytvořena anodizací kovové dvojvrstvy Al/Nb naprášené na SiO2/Si substrátu skrze masku z porézní anodizované aluminy. Běžně se skládá z 200 nm tlusté vrstvy NbO2 propojující pole k ní kolmo orientovaných a prostorově oddělených Nb2O5 nanosloupků o šířce 50 nm, délce až 900 nm a celkovým počtem přibližně 8109 sloupkůcm-2. Nanosloupky fungují jako polovodivé nanokanálky jejichž rezistivita je vysoce citlivá na reakce probíhající na povrchu a rozhraní vrstvy. V rámci nového uspořádání senzoru byly na povrchu pole nanosloupků připraveny Pt nebo Au strukturované elektrody realizované pomocí běžných mikrotechnologických nebo elektrochemických depozičních technik, následované selektivním odleptáním vrstvy aluminy. Pro charakterizaci detekčních schopností byla struktura senzoru upevněna do standardního pouzdra TO-8 a elektricky propojena s využitím techniky drátového kontaktování. Elektrické charakterizace 3D nanovrstvy z oxidů niobu odhalily asymetrickou závislost vodivosti způsobenou Schottkyho bariérou vzniklou na rozhraní Pt/Nb2O5 nebo Au/Nb2O5. Při detekci vodíku a amoniaku byl zkoumán vliv struktury a složení citlivé vrstvy na elektrické a detekční schopnosti se zaměřením na citlivost, selektivitu, detekční limity a rychlost odezvy/zotavení. Rychlá a intenzivní odezva na H2 potvrdila potenciál využití 3D nanovrstvy z oxidů niobu jako citlivé vrstvy pro senzorické aplikace. Na počítači provedené mikrofluidní simulace difuze plynů do 3D nanovrstvy předpovídají možnost značného zlepšení detekčních schopností použitím perforované horní elektrody, a to optimalizací morfologie vrstvy, úpravou krystalické struktury a vhodnou úpravou návrhu elektrody. Předběžné experimenty prokázaly, že i další 3D nanovrstvy připravené z kovových dvojvrstev jako Al/W mají vysokou perspektivu při využití v pokročilých senzorických aplikacích. Techniky a materiály využité v této práci jsou vhodné pro vývoj technologicky jednoduchého, ekonomického a pro životní prostředí ohleduplného řešení mikro- a nanozařízení, kde použití definovaných nanokanálků pro nosiče náboje a povrchové reakce může přinést značné výhody.	cs
dc.description.abstract	This dissertation concerns the development, fabrication and integration in a gas sensing microdevice of a novel 3-dimensional (3D) nanostructured metal-oxide semiconducting film that effectively merges the benefits of inorganic nanomaterials with the simplicity offered by non-lithographic electrochemistry-based preparation techniques. The film is synthesized via the porous-anodic-alumina-assisted anodizing of an Al/Nb metal bilayer sputter-deposited on a SiO2/Si substrate and is basically composed of a 200 nm thick NbO2 layer holding an array of upright-standing spatially separated Nb2O5 nanocolumns, being 50 nm wide, up to 900 nm long and of 8109 cm2 population density. The nanocolumns work as semiconducting nano-channels, whose resistivity is greatly impacted by the surface and interface reactions. Either Pt or Au patterned electrodes are prepared on the top of the nanocolumn array using an innovative sensor design realized by means of microfabrication technology or via a direct original point electrodeposition technique, followed by selective dissolution of the alumina overlayer. For gas-sensing tests the film is mounted on a standard TO-8 package using the wire-bonding technique. Electrical characterization of the 3D niobium-oxide nanofilm reveals asymmetric electron transport properties due to a Schottky barrier that forms at the Au/Nb2O5 or Pt/Nb2O5 interface. Effects of the active film morphology, structure and composition on the electrical and gas-sensing performance focusing on sensitivity, selectivity, detection limits and response/recovery rates are explored in experimental detection of hydrogen gas and ammonia. The fast and intensive response to H2 confirms the potential of the 3D niobium-oxide nanofilm as highly appropriate active layer for sensing application. A computer-aided microfluidics simulation of gas diffusion in the 3D nanofilm predicts a possibility to substantially improve the gas-sensing performance through the formation of a perforated top electrode, optimizing the film morphology, altering the crystal structure and by introducing certain innovations in the electrode design. Preliminary experiments show that a 3D nanofilm synthesized from an alternative Al/W metal bilayer is another promising candidate for advanced sensor applications. The techniques and materials employed in this work are advantageous for developing technically simple, cost-effective and environmentally friendly solutions for practical micro- and nanodevices, where the well-defined nano-channels for charge carriers and surface reactions may bring unprecedented benefits.	en
dc.description.mark	P	cs
dc.identifier.citation	PYTLÍČEK, Z. Mikrosenzory plynů založené na samouspořádaných 3D nanovrstvách oxidů kovů [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií. 2017.	cs
dc.identifier.other	101599	cs
dc.identifier.uri	http://hdl.handle.net/11012/63817
dc.language.iso	cs	cs
dc.publisher	Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií	cs
dc.rights	Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení	cs
dc.subject	Anodizace	cs
dc.subject	porézní anodizovaná alumina	cs
dc.subject	polovodivé oxidy kovů	cs
dc.subject	Nb2O5	cs
dc.subject	3D nanovrstva	cs
dc.subject	senzor plynů	cs
dc.subject	mikroobrábění	cs
dc.subject	modelování	cs
dc.subject	mikrofluidika	cs
dc.subject	vodík	cs
dc.subject	Anodizing	en
dc.subject	Porous Anodic Alumina	en
dc.subject	Semiconductor Metal Oxides	en
dc.subject	Nb2O5	en
dc.subject	3D Nanofilm	en
dc.subject	Gas Sensor	en
dc.subject	Microfabrication	en
dc.subject	Modeling	en
dc.subject	Microfluidics	en
dc.subject	Hydrogen	en
dc.title	Mikrosenzory plynů založené na samouspořádaných 3D nanovrstvách oxidů kovů	cs
dc.title.alternative	Gas Microsensors Based on Self-Organized 3D Metal-Oxide Nanofilms	en
dc.type	Text	cs
dc.type.driver	doctoralThesis	en
dc.type.evskp	dizertační práce	cs
dcterms.dateAccepted	2017-05-10	cs
dcterms.modified	2017-05-10-14:23:15	cs
eprints.affiliatedInstitution.faculty	Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií	cs
sync.item.dbid	101599	en
sync.item.dbtype	ZP	en
sync.item.insts	2025.03.27 11:57:17	en
sync.item.modts	2025.01.15 22:35:15	en
thesis.discipline	Mikroelektronika a technologie	cs
thesis.grantor	Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií. Ústav mikroelektroniky	cs
thesis.level	Doktorský	cs
thesis.name	Ph.D.	cs

Mikrosenzory plynů založené na samouspořádaných 3D nanovrstvách oxidů kovů

Files

Original bundle

Collections