Physikalisches Modell der Materialparameterabhängigkeit des Impedanzspektrums planarer Chemosensoren in Mehrschichtbauweise

Abstract

Zusammenfassung Planare Chemosensoren bestehen häufig aus Interdigitalelektroden (IDE), die auf einem Substrat aufgebracht und in mehrere Schichten von Funktionsmaterialien wie Metalloxiden oder Ionenleitern eingebettet wurden. Die Impedanzen solcher Sensoren weisen untereinander ähnliche, charakteristische Spektren auf, was auf ein gemeinsames zugrunde liegendes Funktionsprinzip hindeutet. Zur quantitativen Erfassung der Sensorimpedanz bedarf es daher eines physikalischen Modells, das den Zusammenhang zwischen der Sensorimpedanz und den Materialparametern der eingesetzten Schichten, der Geometrie und der Betriebstemperatur beschreibt. Ausgehend von den Methoden der klassischen Halbleitertheorie wird in der vorgestellten Arbeit der durch den Sensor tretende Strom berechnet. Dabei wird der Einfluss eventuell vorhandener beweglicher Ionen durch eine elektrostatische Näherung beschrieben. Aus den ersten Harmonischen der zeitvariablen Bauteilspannung und des Bauteilstromes lässt sich dann das Impedanzspektrum des Sensors bestimmen, entsprechend der Vorgehensweise in gängigen Impedanzspektrometern. Die Variation einzelner Parameter gibt Aufschluss über das Temperaturverhalten der Sensorimpedanz und liefert Hinweise zur Bauteiloptimierung.