Halbleiter-GassensorenGassensoren auf Basis von nanokristallinen Metalloxidschichten sind f\u00fcr die Umweltanalyse von Bedeutung. Sie zeichnen sich durch eine hohe Empfindlichkeit auf eine Vielzahl von brennbaren und giftigen Gasen aus und sind zudem besonders klein, kosteng\u00fcnstig, dezentral und flexibel einsetzbar. Zur \u00dcberwachung von Verbrennungsvorg\u00e4ngen werden Gassensoren eingesetzt, mittels anschlie\u00dfender Prozessoptimierung kann Brennstoff eingespart werden. Halbleitergassensoren sind f\u00fcr die Fr\u00fcherkennung von Br\u00e4nden geeignet, um so eine Emissionsreduzierung zu erzielen. Hierbei ist es erstrebenswert die gesetzlichen Emissionsgrenzen weiter abzusenken. Die Herstellung von Sensoren gerade f\u00fcr geringe Gaskonzentrationen wird daf\u00fcr notwendig.Im Projekt werden die morphologischen und elektrischen Eigenschaften von Halbleitergassensoren durch gezielte Anpassung der Pr\u00e4parationsparameter beeinflusst. Die Struktur der Sensorschicht, mit und ohne Kern-Schale-Struktur, wird untersucht und Korndurchmesser im Bereich von 10 nm erreicht.Es werden die verschiedenen Zusammensetzungen, die Herstellungsmethoden und das Verfahren der Aufbringung der Paste (Auftr\u00e4ufeln und Siebdrucktechnik) auf Substrate beschrieben. Die Paste “Wasser” enth\u00e4lt Wasser und gemahlenes Zinndioxid sowie Glasfritte. Bei der Paste “ESL” ist gemahlenes Zinndioxid und Glasfritte enthalten, die Viskosit\u00e4t f\u00fcr das Drucken wird mit zus\u00e4tzlichem Binder und Verd\u00fcnner (der Firma ESL) eingestellt. In der Paste “Alu” wird gemahlenes Zinndioxid, Wasser und Aluminiumoxid gemischt. In weiteren Untersuchungen werden Proben aus Zinndioxid mittels Sol-Gel-Verfahren hergestellt. Diese werden teilweise mit Siliziumdioxid (cab-o-sil) gemischt. Des Weiteren werden Titandioxid-Proben untersucht. Als Kern-Schale-Struktur wird eine kommerzielle Mischung Titandioxid-Siliziumdioxid eingesetzt. Anschlie\u00dfend wird die Schicht zur Stabilisierung der Morphologie getempert. Zus\u00e4tzlich werden kommerzielle Sensoren auf Basis von Zinndioxid und Wolframoxid untersucht, diese weisen teilweise eine Kern-Schale-Struktur auf.Die Sensoren werden in der Gasmischeranlage vermessen, um den Einfluss der Arbeitstemperatur und der Gase (Kohlenmonoxid, Wasserstoff und Ethanol) sowie der Feuchte auf den Sensorleitwert zu untersuchen. Au\u00dferdem werden die Proben auf ihre Morphologie und chemische Zusammensetzung mittels Rasterelektronenmikroskop (REM), Transmissionsmikroskop (TEM), R\u00f6ntgenspektroskopie (EDX), R\u00f6ntgendiffraktometrie (XRD), Auger-Elektronen-Spektroskopie (AES) untersucht. Des Weiteren wird die Stickstoff-Physisorption und die Titration angewendet sowie die Schichtdicken gemessen.Die Untersuchungen in dieser Arbeit bieten eine Grundlage f\u00fcr die Weiterentwicklung einer siebdruckf\u00e4higen Paste mit stabilen kleinen Zinndioxid-K\u00f6rnern und Ger\u00fcstmaterial. Es wurde eine M\u00f6glichkeit geschaffen Substrate zu bedrucken, um so eine bessere Reproduzierbarkeit als bei der manuellen Pr\u00e4paration zu erreichen. Dazu wird ein neues Substrat verwendet, welches bereits mit einer Kontaktierung versehen und das dennoch flach genug f\u00fcr den Druckvorgang ist. Die Eigenschaften der Paste und die Parameter des Druckers werden angepasst.Durch Mahlen von Zinndioxid in einer Perlm\u00fchle wird die Schicht homogener und amorpher. Durch den Einsatz eines Mahlbechers aus Zirkonoxid statt aus Stahl kann der Abrieb reduziert werden, so dass kein zus\u00e4tzliches Material unkontrolliert in die Paste gelangt. Dies w\u00fcrde eine Dotierung darstellen, die zus\u00e4tzlich zur Sinterung das Kornwachstum beeinflussen kann. Der Gewichtsanteil des Ger\u00fcstmaterials ist aufgrund von Versuchen mit der Glasfritte und des Aluminiumoxids eingeschr\u00e4nkt. Die Streuung der Sensoren je nach Zusatz und Aufbringungsart wird untersucht.Optische und elektrische Untersuchungen an Eigenpr\u00e4parationen und kommerziell erh\u00e4ltlichen Sensoren haben ergeben, dass kleine K\u00f6rner oder Ummantelungen mit mittelgro\u00dfen K\u00f6rnern noch keinen messbaren Perkolationseffekt zeigen. Besonders die kleinen K\u00f6rner lagern sich auf dem Tr\u00e4gerger\u00fcst an. Auf die M\u00f6glichkeit der Perkolation bei Gassensoren wird in Kap. 5.4.2 der Disseration n\u00e4her eingegangen.Allein durch den Einsatz der hier verwendeten M\u00fchle ist die Herstellung von K\u00f6rnern in der Gr\u00f6\u00dfenordnung der Debyeschen Abschirml\u00e4nge von 10 nm nicht m\u00f6glich. Deshalb wird ein spezielles Sol-Gel-Verfahren angewendet, um den Korndurchmesser um den Faktor 10 auf 7 nm nach dem Tempern zu reduzieren.Bei den Gasmischeruntersuchungen zeigt sich ein gro\u00dfer Einfluss der Feuchte auf den Grundleitwert der Sensoren und auf den Leitwert bei gleichzeitigem Angebot der Zielgase. Hierbei werden Sensoren auf Basis von Zinndioxid, Titandioxid, Wolframoxid und Galiumoxid untersucht, sie besitzen teilweise ein Kern-Schale-Struktur. Eine \u00dcbersicht \u00fcber die Messgr\u00f6\u00dfen der Sensoren und der Sensor-Herstellung ist im Kapitel 5.6 der Disseration zu finden. Bei den Kern-Schale-Strukturen zeigt sich eine erh\u00f6hte Empfindlichkeit auf Zielgase aufgrund von zus\u00e4tzlichen Adsorptionspl\u00e4tzen an der Grenzfl\u00e4che. Die Modelle f\u00fcr die Wechselwirkung von Gasen mit Zinndioxid, Titandioxid und Titandioxid-Siliziumdioxid sind in 5.6 der Disseration n\u00e4her erl\u00e4utert.Die Disseration ist im Internet unter http:\/\/geb.uni-giessen.de\/geb\/volltexte\/2006\/3879\/ verf\u00fcgbar.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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