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Modellgestützte Parameteridentifikation für Impedanzspektren planarer Chemosensoren

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Fischerauer, Alice ; Schwarzmüller, Christian ; Fischerauer, Gerhard:
Modellgestützte Parameteridentifikation für Impedanzspektren planarer Chemosensoren.
In: VDE (ed.): Sensoren und Messsysteme 2010 : Vorträge der 15. ITG-GMA-Fachtagung vom 18. bis 19. Mai 2010 in Nürnberg. - Berlin, Offenbach : VDE Verlag GmbH , 2010 . - pp. 124-129
ISBN 978-3-8007-3260-9

Abstract in another language

Eine häufig verwendete Grundstruktur planarer Chemosensoren besteht aus auf einem Isolatorsubstrat aufgebrachten Interdigitalelektroden. Diese sind oftmals in eine auf den speziellen Analyten sensitive Funktionsschicht eingebettet. Messgröße solcher Sensoren ist die Impedanz, die ein charakteristisches Frequenzspektrum aufweist. Ein prominentes Beispiel stellen Kohlenwasserstoffsensoren dar, die zur Abgasanalyse bei hohen Temperaturen eingesetzt werden sollen. Noch ist der Zusammenhang zwischen den Parametern der eingesetzten Materialien, der Sensorgeometrie und der Temperatur und dem in der charakteristischen Nyquistortskurve der Impedanz bestehenden „Fingerabdruck“ des Sensors nicht ausreichend geklärt. Dazu bedarf es eines physikalischen und nicht rein deskriptiven Modells. Das hier vorgestellte Modell setzt Methoden der klassischen Halbleitertheorie ein und verknüpft diese mit einer elektrostatischen Betrachtung der in den beteiligten Materialien vorhandenen beweglichen Ionen. Daraus wird ein elektrisches Ersatzschaltbild entwickelt so dass schließlich aus den ersten Harmonischen der zeitabhängigen Bauteilspannung und des Bauteilstromes das Impedanzspektrum berechnet werden kann. Die nun in der Simulation mögliche Variation einzelner Parameter gibt Aufschluss auf das Verhalten des Sensors und liefert Hinweise zur Bauteiloptimierung.

Abstract in another language

Often the basic structure of planar chemo-sensors consists of interdigital electrodes built on an isolating substrate. The electrodes may be embedded into a functional layer which is sensitive towards a special analyt. The measured value of such sensors is the impedance which shows a characteristic frequency spectrum. A well known example consists of hydrocarbon chemo-sensors used for analyzing the combustion exhaust of car engines at degrees of some hundred °C. The connection between the parameters of the utilized materials, the geometry of the electrodes and the temperature and the characteristic Nyquist diagram of the sensor impedance, the „thumb print“ of the device, is still not sufficiently looked into. To close this gap a physics-based model is needed instead of a purely phenomenological one. The model discussed in this study utilizes classical semiconductor theory and combines it with an electrostatical treatment of the mobile ions present in some of the employed materials. From this an electrical equivalent network is developed allowing the calculation of the impedance spectrum of the IDE-sensor out of the driving voltage and the time dependent current through the device. The model thus makes it possible to vary single parameters and by these variations to gain insight about the behavior of the sensor.

Further data

Item Type: Article in a book
Refereed: No
Institutions of the University: Faculties
Faculties > Faculty of Engineering Science
Faculties > Faculty of Engineering Science > Chair Measurement and Control Technology
Faculties > Faculty of Engineering Science > Chair Measurement and Control Technology > Chair Measurement and Control Technology - Univ.-Prof. Dr.-Ing. Gerhard Fischerauer
Result of work at the UBT: Yes
DDC Subjects: 600 Technology, medicine, applied sciences > 620 Engineering
Date Deposited: 10 Jun 2016 08:37
Last Modified: 10 Jun 2016 08:37
URI: https://eref.uni-bayreuth.de/id/eprint/32643