Ladungssensitive Kontrolle von potentiometrischen Nanobiosensoren
Mikrosysteme
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Ziel des Projektes war die Entwicklung eines Differentialsensors bestehend aus einem Sensor- und einem Referenzfeldeffekttransistor (FET) beides realisiert am gleichen SnO2 Nanodraht (NW). Die Referenz- und das Sensorelement unterscheiden sich im Oberflächenparameter α. Zusätzlich war geplant, das isolierende Oberflächenoxid mit wohl definierten geladenen Molekülen für eine potenziometrische Detektion von Biomolekülen zu funktionalisieren. Dies bedeutete die Herstellung von Oberflächen mit vernachlässigbaren Oberflächenladungen und geringer pH- Sensibilität unter den Arbeitsbedingungen. Das Projekt konnte mit 3 Publikationen, 4 Konferenzbeiträgen und 2 sehr erfolgreichen Doktorarbeiten abgeschlossen werden. Insbesondere folgenden Resultate sind hervorzuheben: Homogene Ummantelung der SnO2 NWs mit ALD-Al2O3. - Präzise Kontrolle der NW Wachstumsmoden, sowohl für freistehende als auch für lateral angeordnete Nanodrähte mit den geplanten anwendungsspezifischen Eigenschaften. - Detaillierte kristallographische Untersuchung der Defektverteilung in den lateral gewachsenen, und lateral angeordneten SnO2 NWs. - Epitaktisches Wachstum von ALD-ZnO auf GaN NWs. - Herstellung von Mehrfachkontakten auf einzelnen SnO2 NWs. - Sensorische Messung von SnO2 and ZnO Einzelnanodraht-Elementen als Gassensoren. Da es nicht gelang, die elektrochemische Arbeitsstation und das Zetapotential System aus Kooperationen zur Verfügung zu stellen, mussten im Projektverlauf Anpassungen vorgenommen werden. Da die Qualität der ALD Umhüllung der Nanodrähte einen bedeutenden Einfluss auf die Sensorstabilität und die Güte des Sensors hat, haben wir uns fokussiert, diese Umhüllung im Detail mikroskopisch zu untersuchen und diese zu verbessern. Normalweise sind ALD basierte Hüllenmaterialien von Nanodrähten amorph oder polykristallin, was für die optischen Eigenschaften und die Transporteigenschaften einen großen Nachteil darstellt. Im Rahmen des Projektes ist es erstmalig gelungen, epitaktisches Wachstum von NW ALD Hüllen bei 300 °C zu demonstrieren, was einen wichtigen Fortschritt für die Sensoren bedeutet.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Epitaxial ZnO thin films and NWs, DPG conference Regensburg 2022, Wednesday Session HL 18.6, talk
M. Kolhep, M. Zacharias & J. Bläsing
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Laterally aligned nanowires: Targeted process design and alignment control, DPG conference Regensburg 2022, Thursday Session MM 35.10, talk
J.-C. Bürger, S. Gutsch & M. Zacharias
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Strain and defect location in the crosssection of laterally aligned SnO2 NWs, DPG conference Regensburg 2022, Thursday Session KFM 25.2, poster
J.-C. Bürger, S. Gutsch & M. Zacharias
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Substrate Role in the 0D Nanoparticle-Catalyzed Synthesis of 1D Epitaxial SnO2 Nanostructures, 2022 MRS Fall Meeting, Nov 29,2022, NM07.04.08, talk
J.-C. Bürger, S. Gutsch, V. Wollersen, D. Wang, C. Kübel & M. Zacharias
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Atomic Layer Deposition and Strain Analysis of Epitaxial GaN-ZnO Core–Shell Nanowires. Nano Letters, 23(15), 6920-6926.
Kolhep, Maximilian; Pantle, Florian; Karlinger, Monika; Wang, Di; Scherer, Torsten; Kübel, Christian; Stutzmann, Martin & Zacharias, Margit
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Defect Location in Laterally Aligned Tin Oxide Nanowires: The Role of Growth Direction, Interface Dimensionality, and Catalyst. The Journal of Physical Chemistry C, 127(22), 10871-10877.
Bürger, Jasmin-Clara; Gutsch, Sebastian; Wollersen, Vanessa; Wang, Di; Christian, Björn; Fu, Zhe; Ambacher, Oliver; Kübel, Christian & Zacharias, Margit
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Spontaneous and Position-Controlled Epitaxial Growth of ZnO Nanowires on AlN/Si by CVD. Crystal Growth & Design, 23(10), 7095-7102.
Kolhep, Maximilian; Bläsing, Jürgen; Strittmatter, André & Zacharias, Margit
