Development of nanoelectromechanical systems functionalized by vacuum organic thermal evaporation and their gas sensing applications

Nanoelektromekanik sistemler (NEMS), elektronik olarak ölçülebilen ve yarı iletken üretim teknikleri kullanılarak büyük ölçekli üretilebilen potansiyel olarak düşük maliyetli olan hassas bir sensör teknolojisidir. Nanometre mertebesinde boyutları nedeniyle aşırı duyarlı oldukları ve yüksek rezonans frekansları nedeniyle çok hızlı tepki gösterdikleri için, bu sistemler çok hassas kütle sensörleri veya gaz dedektörleri olarak kullanılabilir. Bununla birlikte, bu algılayıcılar tarafından tanınmayı sağlamak ve bunları gaz konsantrasyon detektörleri olarak kullanmak için, ilgilenilen gaz molekülleri için seçici olan işlevsel bir polimerik katman gerekir. Bu çalışma, yüksek frekanslı NEMS rezonatörlerinin üretimi, kimyasal işlevselleştirmesi ve gaz algılama uygulamaları üzerine odaklanmaktadır. Nanomekanik rezonatörler Sabancı Üniversitesi işbirliğiyle ve elektron demet litografisi ve reaktif iyon aşındırması yöntemleri kullanılarak üretilmiştir. Sensörlerin hareketi özel tasarlanan bir elektronik devre ve frekans çaprazlama yöntemiyle elektronik bir şekilde ölçülmüştür. Atmosferik koşullarda ilk beş mekanik mod gözlenmiştir ve ve sensor uygulamaları için iki mod aynı anda faz kilitli döngü tarafından takip edilmiştir. Polimeri NEMS üzerine kaplamak için farklı yaklaşımlar benimsenmiş ve tekrarlanabilirliği nedeniyle vakum organik termal buharlaştırma seçilmiştir. Nanomekanik rezonatörlerin polimerik filmler ile işlevselleştirme prosesininde oluşan film kalınlığı ve filmin sensorün performansı üzerindeki etkisi analiz edilmiş ve bu metodun hassas nanomekanik sensörleri fonksiyonel hale getirmek için uygun olduğu görülmüştür. Vakum organik termal buharlaştırma ile işlevselleştirilen NEMS algılayıcılarına çeşitli konsantrasyonlarda uçucu organik bileşikler üretmek ve iletmek için bir gaz manifoldu kurulmuş ve sensörler için mikrolitre hacminde bir hazne geliştirilmiştir. İlk olarak algılayıcı yüzeyinin su buharı soğurduğu ve bu moleküllerin kuru azot kullanılarak yüzeyden salındığı başarıyla gözlenlenmiştir. Sonrasında izopropil alkol deneylerde test gazı olarak kullanmış ve polivinilfenol ile fonksiyonelleştirilmiş nanomekanik rezonatörler ile farklı konsantrasyonlarda tespit edilmiş, gaz konsantrasyonu ile sensördeki frekans kayması arasında lineer bir ilişki olduğu gözlemlenmiştir. Son olarak sensörün seçiciliğini ve algılama hızını artırmak için uygulanabilecek geliştirmeler belirtilmişir.