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NANOSTRUCTURED PHOTONIC SENSORS

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Metalloxide zur Verwendung in Gassensoren

Durch die Verwendung von nanokristallinen Materialien verspricht man sich eine verbesserte Empfindlichkeit von Gassensoren. Im Rahmen des NANOPHOS-Projekts wurden grundlegende Probleme bezüglich der verwendeten Materialien und Verfahren behandelt, die für die Leistungsfähigkeit von Gassensoren entscheidend sind.

Industrielle Technologien

Werkstofftechnische Metalloxidverfahren gehören momentan zu den effektivsten Methoden, die bei der Optimierung von halbleitenden Metalloxidgassensoren verwendet werden. Hiermit können deutliche Verbesserungen bei Betriebsparametern wie der Sensor- und Gasempfindlichkeit erreicht werden. Darüber hinaus können neue interessante Anwendungen für die Umweltüberwachung erforscht werden. Auf Zinnoxid (SnO2) basierende Sensoren haben das Interesse der NANOPHOS-Projektpartner an der Università degli Studi di Lecce in Italien geweckt. Unter den verfügbaren halbleitenden Metalloxiden bietet SnO2 eine hohe Empfindlichkeit gegenüber einer Vielzahl von Gasen bei einer relativ geringen Betriebstemperatur. Die Empfindlichkeit von SnO2 könnte darüber hinaus sogar noch durch Änderungen in der Mikrostruktur verbessert werden. Hierzu müsste die Korngröße auf einige wenige Nanometer verringert werden. Die kritische Korngröße, ab der substanzielle Verbesserungen beobachtet werden konnten, hängt nicht nur vom Material selbst ab, sondern auch vom Herstellungsverfahren. Zur Erzielung von dünnen Schichten aus SnO2 erschien die Schichtabscheidung durch Laserablation als das geeignetste Verfahren bei der Herstellung von Nanostrukturen. Eine der bemerkenswertesten Eigenschaften dieses Verfahrens ist die Möglichkeit, die Größe der erzeugten Nanocluster durch Änderungen der Parameter des Lasers oder des umgebenden Gases zu kontrollieren. Herausgefunden wurde, dass die Abmessungen der Schichtkristalle durch den Partialdruck des Sauerstoffs (O2) während des Abscheidungsvorgangs und durch die Substrattemperatur beeinflusst wurden. Wurde die Abscheidung der dünnen SnO2-Schichten im Vakuum durchgeführt, konnte vorhandenes Sn und SnO durch die Elektronenstrahlbeugung und durch Verfahren zur Abbildung im Ortsraum identifiziert werden. Die Empfindlichkeit der Gassensoren konnte gesteigert werden, indem die Bildung von amorphem Material mit einer Korngröße kleiner als die Debye-Länge von SnO2 innerhalb der Schicht verhindert wurde. Zusätzlich führt dies zu einer kürzeren Antwortzeit, was bei Sensoren von besonderer Wichtigkeit ist.

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