Estudio de la influencia del electrodo en el proceso de fabricación de sensores fotónicos de silicio poroso

Abstract

[ES] El silicio poroso es un material nanoestructurado ampliamente estudiado que despierta un gran interés en múltiples aplicaciones, incluido el desarrollo de sensores fotónicos. Uno de los ámbitos donde presenta un futuro más prometedor es en el de la biomedicina debido a propiedades como la biocompatibilidad, biodegradabilidad y la elevada superficie específica disponible para el reconocimiento entre el receptor y el analito. Dicho material se puede obtener mediante distintos métodos de fabricación como el ataque electroquímico. Sin embargo, este proceso se encuentra sujeto a una gran variedad de parámetros que influyen en cómo de homogéneo es el ataque sobre la oblea de silicio y cómo van a resultar las estructuras porosas fabricadas en esta. Dependiendo de las condiciones del ataque realizado (concentración del electrolito, densidad de corriente o resistividad de la oblea, entre otros) es posible controlar la porosidad, el tamaño de los poros y la velocidad de ataque. Para fabricar sensores que realmente tengan una aplicación práctica, será necesario disponer de un proceso de fabricación que sea controlado y repetible, de forma que siempre proporcione resultados con una respuesta conocida. Uno de los aspectos fundamentales para obtener un ataque uniforme es que la distribución de la densidad de corriente en la superficie de la oblea de silicio en el proceso de fabricación sea lo más homogénea posible. En consecuencia, el presente trabajo fin de grado se centrará en estudiar el perfil de densidad de corriente obtenido en función de la geometría, imperfecciones, distancia, etc. del electrodo utilizado, de forma que se pueda asegurar un ataque homogéneo de la oblea de silicio utilizada. Dichos estudios se realizarán mediante distintas simulaciones a través del software COMSOL Multiphysics.

[EN] Porous silicon is a widely studied nanostructured material that sparks tremendous interest in multiple applications, including the development of photonic sensors. One of the fields where it has a more promising future is in biomedicine due to properties such as biocompatibility, biodegradability and high specific surface available for recognition between the receptor and the analyte. This material can be obtained by different manufacturing methods such as electrochemical etching. However, this process is subject to a wide variety of parameters that influence how homogeneous the etching on the silicon wafer is and how the porous structures manufactured in it will be. Depending on the conditions of the etching carried out (electrolyte concentration, current density, wafer resistivity, etc.) it is possible to control the porosity, the size of the pores and the etching speed. In order to obtain sensors that really have practical application, it will be necessary to have a manufacturing process that is controlled and repeatable, so that it always provides results with a known response. One of the fundamental aspects to obtain a uniform etching is that the distribution of the current density on the surface of the silicon wafer in the manufacturing process is as homogeneous as possible. Consequently, this final degree project will focus on studying the current density profile obtained as a function of geometry, imperfections, distance, etc. of the electrode used, so that a homogeneous etching of the silicon wafer used can be ensured. These studies will be carried out by doing different simulations using the COMSOL Multiphysics software.

[CA] El silici porós és un material nanoestructurat àmpliament estudiat que desperta un gran interés en múltiples aplicacions, inclós el desenvolupament de sensors fotònics. Un dels àmbits on presenta un futur més prometedor és en el de la biomedicina a causa de propietats com la biocompatibilitat, la biodegradabilitat i una elevada superfície especí ca disponible per al reconeixement entre el receptor i l'analit. Aquest material es pot obtindre mitjançant diversos mètodes com l'atac electroquímic. No obstant això, aquest procés es troba subjecte a una gran varietat de paràmetres que in ueixen en com d'homogeni és l'atac sobre l'oblia de silici i com van a resultar les estructures poroses fabricades en aquesta. Depenent de les condicions de l'atac realitzat (concentració de l'electròlit, densitat de corrent o resistivitat de l'oblia, entre altres) és possible controlar la porositat, la mida dels porus i la velocitat d'atac. Per obtindre sensors que realment tinguen una aplicació pràctica, serà necessari disposar d'un procés de fabricació que siga controlat i repetible, de manera que sempre proporcione resultats amb una resposta coneguda. Un dels aspectes fonamentals per conseguir un atac uniforme és que la distribució de la densitat de corrent en la superfície de l'oblia de silici en el procés de fabricació siga el més homogènia possible. En conseqüència, el present treball de grau es centrarà en estudiar el per l de densitat de corrent obtingut en funció de la geometria, imperfeccions, distància, etc. de l'elèctrode utilitzat, de manera que es puga assegurar un atac homogeni de l'oblia de silici utilitzada. Aquests estudis es realitzaran mitjançant diferents simulacions a través del software COMSOL Multiphysics.