Untersuchung des Feuchteeinflusses auf SnO2-basierten Halb-leitergassensoren mittels schneller Impedanzspektroskopie

Abstract

Halbleitergassensoren sind durch ihre ausgezeichnete Sensitivität und Selektivität auf verschiedene reduzierende und oxidierende Gase [1] und ihren günstigen Preis in vielen Bereichen, wie Überwachung von Luftqualität oder in der Lebensmittelindustrie, verbreitet. Leider sind bei diesen Anwendungen Quereinflüsse durch weitere Gase nicht ausgeschlossen. Unter anderem gehört zu diesen Gasen in der Regel Feuchte [2]. Diese erhöht, ebenso wie reduzierende Gase, über einen weiten Temperaturbereich die Leitfähigkeit von Zinnoxidsensoren, was typischerweise mit einem donatorähnlichen Verhalten von chemisorbierten OHGruppe erklärt wird [3]. Daneben kann aber physisorbierte Feuchte auch als ionischer Anteil zur Leitung beitragen. Während für TiO2 ist ein solcher Effekt bis zu einer Temperatur von ca. 300 °C nachgewiesen wurde [4], finden sich für SnO2 nur Nachweise bei Raumtemperatur [5]. Im Gegensatz zu der Leitfähigkeit durch Feuchte ist die Reaktion mit reduzierenden Gasen ein rein elektronischer Effekt, hervorgerufen durch Reaktion des Gases mit dem adsorbierten Sauerstoff auf der Sensoroberfläche und damit der Vernichtung von Akzeptorzuständen [3]. ...