4.2.4 Lichtabsorption durch freie Ladungsträger in Metalloxiden: Anwendung der Brechungsindex-Modulation in der Gassensorik
- Event
- 20. GMA/ITG-Fachtagung Sensoren und Messsysteme 2019
2019-06-25 - 2019-06-26
Nürnberg, Germany - Chapter
- 4.2 Photoakustische und optische Gassensorik 1
- Author(s)
- T. Wagner, X. Wu, X. Zhang, S. Amrehn - Universität Paderborn (Deutschland)
- Pages
- 334 - 338
- DOI
- 10.5162/sensoren2019/4.2.4
- ISBN
- 978-3-9819376-0-2
- Price
- free
Abstract
Einige halbleitende Metalloxide, wie z.B. Wolframtrioxid (WO3), zeigen gasinduzierte Änderungen ihrer elektronischen Eigenschaften und finden deshalb Anwendung als Wirkschichten in resistiven Halbleitergassensoren. Den mit den elektronischen Änderungen korrelierten, gasinduzierten optischen Eigenschaftsänderungen wurde bisher jedoch wenig Aufmerksamkeit gewidmet. Die verfügbaren Studien zeigen oft nur schwache optische Gasreaktionen in den beobachteten Wellenlängenbereichen, obwohl starke elektrische Signale zu erwarteten wären. Die vorliegende Arbeit soll mit Hilfe von Wolframoxid als Modellmaterial helfen, diese offensichtliche Diskrepanz aufzuklären. Mit einer Reihe von photonischen Kristallen wird die wasserstoffinduzierte Dispersion des Brechungsindexes des WO3 bzw. einer Wolframbronze durch Analyse der jeweiligen optischen Reaktion rekonstruiert. Es zeigt sich, dass die gasinduzierte Absorption von freien Ladungsträgern der dominierende Mechanismus für die Modulation des Brechungsindexes ist. Diese Modulation ist im nahen Infrarot stark, im sichtbaren Bereich jedoch schwach, was die bisher beobachteten, relativ geringen optischen Reaktionen erklärt. Durch die Verwendung von photonischen Kristallen mit einer optischen Bandlücke im nahen Infrarotbereich erhöht sich die optische Antwort des hier vorgestellten WO3/H2-Systems um eine Größenordnung. Des Weiteren wird davon ausgegangen, dass der vorgestellte Mechanismus für optische Gassensoren, die auf anderen Metalloxiden basieren, anwendbar ist. Dies ermöglicht die optische Detektion weiterer Gase mit Hilfe von Metalloxidschichten.