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Physikalisches Modell der Materialparameterabhängigkeit des Impedanzspektrums planarer Chemosensoren in Mehrschichtbauweise

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Fischerauer, Alice ; Fischerauer, Gerhard:
Physikalisches Modell der Materialparameterabhängigkeit des Impedanzspektrums planarer Chemosensoren in Mehrschichtbauweise.
In: Technisches Messen. Vol. 78 (January 2011) Issue 1 . - pp. 15-22.
ISSN 2196-7113
DOI: https://doi.org/10.1524/teme.2011.0074

Official URL: Volltext

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Project financing: Andere

Abstract in another language

Planare Chemosensoren bestehen häufig aus Interdigitalelektroden (IDE), die auf einem Substrat aufgebracht und in mehrere Schichten von Funktionsmaterialien wie Metalloxiden oder Ionenleitern eingebettet wurden. Die Impedanzen solcher Sensoren weisen untereinander ähnliche, charakteristische Spektren auf, was auf ein gemeinsames zugrunde liegendes Funktionsprinzip hindeutet. Zur quantitativen Erfassung der Sensorimpedanz bedarf es daher eines physikalischen Modells, das den Zusammenhang zwischen der Sensorimpedanz und den Materialparametern der eingesetzten Schichten, der Geometrie und der Betriebstemperatur beschreibt. Ausgehend von den Methoden der klassischen Halbleitertheorie wird in der vorgestellten Arbeit der durch den Sensor tretende Strom berechnet. Dabei wird der Einfluss eventuell vorhandener beweglicher Ionen durch eine elektrostatische Näherung beschrieben. Aus den ersten Harmonischen der zeitvariablen Bauteilspannung und des Bauteilstromes lässt sich dann das Impedanzspektrum des Sensors bestimmen, entsprechend der Vorgehensweise in gängigen Impedanzspektrometern. Die Variation einzelner Parameter gibt Aufschluss über das Temperaturverhalten der Sensorimpedanz und liefert Hinweise zur Bauteiloptimierung Zustandsüberwachung stellen wir ein Verfahren vor, welches die Parameter des Katalysatormodells im Betrieb nachführt, um trotz alterungsbedingter Änderungen der Systemeigenschaften die gewünschte Genauigkeit zu gewährleisten.

Abstract in another language

Planar chemical sensors often consist of interdigital electrodes (IDE) patterned onto a substrate and embedded in several functional layers such as metal oxides or ionic conductors. The impedances of such sensors exhibit quite similar characteristic spectra which indicates a common functional principle. The calculation of the sensor impedance requires a physics-based model which describes the causal relation between the sensor impedance on the one hand and material parameters of the layers employed, the device geometry, and the operational temperature on the other hand. Starting from classical semiconductor theory we calculate the current through the sensor. The effect of mobile ions is taken into account by an electrostatic approximation. Next the sensor impedance spectrum is derived from the first harmonics of the time-varying driving voltage and the resulting device current. This is in accordance with the approach usually implemented in commercial impedance spectrometers. By the variation of individual model parameters one is now able to investigate the temperature dependence or to deduce design rules for device optimization.

Further data

Item Type: Article in a journal
Refereed: Yes
Keywords: Impedanzspektrometrie; Chemosensor; Ionenleiter; Modellierung; impedance spectroscopy; chemical sensor; ionic conductor; physics-based model
Institutions of the University: Faculties > Faculty of Engineering Science > Chair Measurement and Control Technology > Chair Measurement and Control Technology - Univ.-Prof. Dr.-Ing. Gerhard Fischerauer
Profile Fields > Emerging Fields > Energy Research and Energy Technology
Faculties
Faculties > Faculty of Engineering Science
Faculties > Faculty of Engineering Science > Chair Measurement and Control Technology
Profile Fields
Profile Fields > Emerging Fields
Result of work at the UBT: Yes
DDC Subjects: 600 Technology, medicine, applied sciences > 620 Engineering
Date Deposited: 16 Feb 2016 08:32
Last Modified: 16 Feb 2016 08:32
URI: https://eref.uni-bayreuth.de/id/eprint/30831