title: Signalgebungsmechanismus an nanostrukturierten Halbleitergassensoren
creator: Kobiela, Georg
subject: 000
subject: 000 Generalities, Science
subject: 500
subject: 500 Natural sciences and mathematics
subject: 530
subject: 530 Physics
subject: 540
subject: 540 Chemistry and allied sciences
description: Um Verbrennungsmotoren emissionsreduziert zu betreiben, eird eine umfangreiche Abgassensorik benötigt, mit der neben Sauerstoff und Kohlenwasserstoffen auch Stickoxide erfasst werden können.  Ein vergleichsweise neuer Ansatz ist hierbei der Einsatz von chemisch funktionalisierten Feldeffekttransitoren (kurz ChemFETs) im heißen Abgas. Bei diesen sind für die Messung von wasserstoffhaltigen Gasen die grundlegenden Mechanismen hinlänglich verstanden. Mittlerweile ist es gelungen, auch NOx-sensitive Feldeffekttransitoren herzustellen, allerdings existiert bislang noch kein belastbares Modell dafür, wodurch hierbei das elektrische ChemFET-Signal hervorgebracht wird.  Im Zuge der vorliegenden Arbeit wurden mögliche signalgebende Mechanismen für die Verwendung eines ChemFETs als Stickoxidsensor untersucht. Die Ergebnisse dienen der Entwicklung eines umfassenden Modells für den Signalbildungsmechanismus.  So sollte ein tieferes Verständnis für die auf der nanoporösen, katalytischen Gateelektrode ablaufenden Oberflächenprozesse erlangt und die für die Signalgebung besonders ausschlaggebenden Bereiche identifiziert werden. Zu diesem Zweck wurden neben mit einer Finite-Elemente-Methode durchgeführten Simulationen umfangreiche spektroskopische in situ-Oberflächenanalysen durchgeführt. Als Hauptmethode diente die polarisationsmodulierte Infrarot-Reflektions-Absorptions-Spektroskopie (PM-IRRAS). Hierfür wurden ein spezieller Messaufbau konzipiert und geeignete Proben hergestellt, die mit zusätzlichen Methoden wie Rasterelektronenmikroskopie(REM) und Röntgen-Photoelektronen-Spektroskopie (XPS) analysiert wurden. Mittels PM-IRRAS ließen sich einzelne Adsorbatzustände von CO und NO auf verschiedenen Platin- und Rhodium-haltigen Oberflächen identifizieren und deren zeitliche Entwicklung beobachten.  Die Analyse der Adsorbatzustände und der gasförmigen Reaktionsprodukte zwischen Raumtemperatur und 350°C lieferten Einblicke in die von der Gasumgebung abhängig wechselnden Oberflächenregime.  Zudem wurde der nichtresonante Schwingungsuntergrund ausgewertet. Es wurde dabei gezeigt, dass dieser Rückschlüsse auf den Oxidationsgrad einer Probenoberfläche ermöglicht. Diese hier phänomenologisch als PM-IRRAS-Offset bezeichnete Messgröße zeigte eine starke Korrelation mit der Gatespannung von zeitgleich in derselben Messapparatur gemessenen, identisch beschichteten ChemFETs.  Aus den gewonnenen Erkenntnissen wurde das Schema eines Signalbildungsmodells abgeleitet, das neben atomarem Wasserstoff auch atomaren Sauerstoff als signalgebende Spezies beinhaltet.  Die wesentliche Signalbildung findet durch Anlagerung dieser Spezies an bzw. in der Oberfläche des Gatedielektrikums und besonders im Bereich der Dreiphasengrenzen zwischen Dielektrikum, Katalysator und Gasphase statt. Stickoxide wirken hierbei im Wesentlichen auf dem indirekten Weg der Bereitstellung bzw. des Verbrauchs von atomarem Sauerstoff bzw. Wasserstoff.  Somit konnte gezeigt werden, dass die NOx-Sensitivität der betrachteten ChemFETs ein mehrstufiger Prozess mit atomarem Sauerstoff als Signalgeber ist.
date: 2014
type: Dissertation
type: info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
type: NonPeerReviewed
format: application/pdf
identifier: https://archiv.ub.uni-heidelberg.de/volltextserverhttps://archiv.ub.uni-heidelberg.de/volltextserver/16908/1/diss_kobiela.pdf
identifier: DOI:10.11588/heidok.00016908
identifier: urn:nbn:de:bsz:16-heidok-169087
identifier:   Kobiela, Georg  (2014) Signalgebungsmechanismus an nanostrukturierten Halbleitergassensoren.  [Dissertation]     
relation: https://archiv.ub.uni-heidelberg.de/volltextserver/16908/
rights: info:eu-repo/semantics/openAccess
rights: http://archiv.ub.uni-heidelberg.de/volltextserver/help/license_urhg.html
language: ger