Makroporöses Silizium als Basis für nanofunktionalisierte chemische und optische Sensorik

Abstract

Das Ziel dieser Arbeit ist die Evaluation des Einsatzes von Makroporösem Silizium als Substratmaterial für Anwendungen in der chemischen und optischen Gassensorik. Die Arbeit behandelt dazu drei verschiedene Anwendungsgebiete. Im ersten Abschnitt werden die thermischen Emissionseigenschaften von hergestellten 2D und 3D porösen Siliziumstrukturen in Hinblick auf die Nutzung als selektive Emitter für optische Sensorikanwendungen untersucht. Im zweiten Abschnitt wird ein Konzept für einen resistiven Metalloxid Gassensor auf Basis von makroporösen Siliziumsubstrates vorgestellt. Dazu werden entsprechende Herstellungsverfahren evaluiert und charakterisiert. Im dritten Abschnitt werden strukturierte Oberflächen für eine erhöhte Oberflächenionisation für die Sensorik an ionisierten Gasmolekülen vorgestellt. Es wurde ein neuartiges Herstellungsverfahren entwickelt, um über einen photoelektrochemischen Ätzprozess geeignete Strukturen herstellen zu können. Die Feldüberhöhungseigenschaften der hergestellten Oberflächen konnte über die Messung der Elektronen-Feldemissionseigenschaften charakterisiert werden.

Scope of this work is the evaluation of chemical and optical gas sensing applications based on macroporous silicon substrates. Three different applications have been elaborated in detail. In the first section, the thermal emission properties of 2D and 3D macroporous silicon structures have been studied regarding the usage for selective thermal emitting surfaces for optical sensing applications. The second section introduces a novel concept for a resistive metal oxide gas sensor based on a 2D macoporous silicon Membrane. Different fabrication methods have been evaluated and characterized. The third section shows a novel fabrication process to prepare surfaces with enhanced surface ionization properties based on a photoelectrochemical etching process. The field enhancement performance of the fabricated structures has been characterized using field electron emission measurements.