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Projekt
Seebeck Gassensoren
Antragsteller
Professor Dr. Oliver Ambacher; Dr. Oliver Bierwagen; Dr. Marcel Himmerlich
Fachliche Zuordnung
Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
Förderung
Förderung von 2014 bis 2016
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 252183801
Unser Vorhaben orientiert auf die Untersuchung der Mechanismen, die den Seebeck-Koeffizienten in Metalloxiden beeinflussen. Der Schwerpunkt liegt dabei auf nanokristallinen Schichten mit Korngrößen kleiner oder gleich der Schichtdicke und deren Manipulation durch Tempern, Gasumgebung und UV-Licht. Einkristalline Schichten dienen dabei als Referenzmaterial bzw. Modellsystem mit wohldefinierter Geometrie zur zuverlässigen Bestimmung der Materialparameter und spezifischer Wechselwirkungsmechanismen mit der Gasatmosphäre.Nanopartikelfilme zeichnen sich im Gegensatz zu den Volumenmaterialien durch eine hohe Dichte von Körnern und Korngrenzen aus. In einem nanostrukturierten Halbleiter mit intrinsischer Oberflächenakkumulation von Ladungsträgern verringern diese Korngrenzen die thermische Leitfähigkeit und erhöhen dabei die elektrische, was in einem positiven Einfluss auf die thermoelektrischen Eigenschaften resultiert. Diese Besonderheit zeichnet einige Indiumverbindungen wie InN, InAs, and In2O3 aus. Im Rahmen dieses Projektes schlagen wir vor, Nanopartikel-Schichten auf der Basis von In2O3 als thermoelektrisches, gassensitives Material zu untersuchen. Durch gezielte Variation der Partikelgröße, der Volumenleitfähigkeit der Partikel und systematischer Manipulation der Eigenschaften der Partikeloberflächen werden die an der Gasdetektion beteiligten elektronische Transportmechanismen, Leitung durch das Volumen, entlang der Oberfläche, oder zwischen Körnern untersucht. Das Hauptinstrument bildet dabei die Einstellung des Ferminiveaus (Austrittsarbeit) und der Oberflächenbandverbiegung durch spezifische Gasabsorption. Die entsprechenden Referenzwerte werden mit Hilfe der in situ Photoelektronenspektroskopie bestimmt.Die untersuchten Phänomene unter Nutzung optimierter Nanopartikelfilme sollen zur Herstellung hochempfindlicher Seebeck Gassensoren verwendet werden. Ein Schwerpunkt wird dabei auf die Untersuchung eines beobachteten Phänomens gelegt, bei dem sich in nanokristallinen Schichten der elektrische Widerstand und der Seebeck-Koeffizient unerwartet gegenläufig verhalten sowie die Bedingungen, unter den dieser auftritt bzw. kontrolliert werden kann. Damit können an einer einfachen Sensorstruktur zwei voneinander unabhängige, gasempfindliche Größen bestimmt werden. Dadurch lassen sich kommerzielle Metalloxid-Gassensoren entscheidend verbessern hinsichtlich einer Selektivität der Sensoren auf bestimmte Gase und einer Implementierung von Selbstkalibrierungsprozeduren, die wiederum eine Standzeit der Sensoren deutlich erhöhen können.
DFG-Verfahren
Sachbeihilfen
