Principal effects of ternary oxide dielectric layers on SPR sensors for gas sensing with ellipsometric readout
Final Report Abstract
In diesem Vorhaben wurde die Gassensorik mit Hilfe von zusatzbeschichteten SPR-Sensoren auf Goldbasis mit ellipsometrischer Auslesung aus Sicht des Sensing-Mechanismus heraus untersucht. Aus den bisherigen Erkenntnissen ist klar, dass das Verhalten dieser Sensoren nicht allein durch Änderung des Brechungsindexes der Gasphase erklärt werden kann. Der tatsächliche Sensoreffekt ist bei weitem größer als es in diesem Fall anzunehmen wäre. Um die Sensoren in Zukunft besser optimieren zu können, sind Kenntnisse der genauen Mechanismen bei Änderung der Gasatmosphäre nötig. Wichtige Daten zu diesen Mechanismen wurden mit Hilfe definiert modifizierter Sensorschichten gewonnen. Eine große Herausforderung bestand dabei aus der Herstellung und genauen Charakterisierung der Schichten. In diesem präparativen Segment wurden deutliche Fortschritte gegenüber bisherigen Arbeiten erzielt. Die Schichten können nach diesem Projekt deutlich zielgenauer hergestellt werden und sind besser charakterisiert. Die gemessenen Unterschiede in der Sensoraktivität bei verschiedenen Dotierungen und verschiedenen Gasen lassen den Schluss zu, dass eine Chemisorption der einzelnen Gase an entsprechende Metallzentren in der Zusatzschicht stattfindet. Diese Folgerung wird durch die unterschiedlichen relativen Empfindlichkeiten bei verschiedenen Zusatzschichten gestützt. Eine ursprünglich geplante Korrelation mit IR-spektroskopischen Experimenten lieferte keine konklusiven Ergebnisse, da die entsprechenden Messungen sich als zu unempfindlich erwiesen. Dennoch ist mit den gewonnenen Erkenntnissen zusammen mit der ermittelten Abhängigkeit der Empfindlichkeit der Gassensoren von der Schichtdicke, der Weg zu einzeln auf spezielle Messaufgaben optimierte Sensoren gezeigt. Durch strukturierte Sensoren wären somit auch selektive Messungen von Gasgemischen denkbar. In Zukunft ist geplant, diese Arbeiten weiterzuführen und Entwicklungen in Richtung praxisnah einsetzbarer Sensoren voranzutreiben. Alle möglichen zukünftigen Arbeiten in diese Richtung erfordern größere Investitionen im Laborbereich.
Publications
-
(2015). "Deposition and characterization of single magnetron deposited Fe:SnOx coatings." Thin Solid Films 595: 200-208
Kormunda, M., et al.
-
(2016). "Preparation of pulsed DC magnetron deposited Fe‐doped SnO2 coatings." physica status solidi (a) 213(9): 2303-2309
Kormunda, M., et al.
-
"Thin SnO x films for surface plasmon resonance enhanced ellipsometric gas sensing (SPREE)", Beilstein J Nanotechnol. 2017; 8: 522–529
Fischer, D., Hertwig, A., Beck, U. et al.
-
Dependence of the optical constants and the performance in the SPREE gas measurement on the thickness of doped tin oxide over coatings. Appl. Surf. Sci. Volume 421, Part B, 1 November 2017, Pages 480-486
Fischer, D., Hertwig, A., Beck, U., Negendank, D., et al.
