Wasserstoff gilt als Energieträger der Zukunft. Da Wasserstoff mit Luft in einem weiten Mischungsbereich (4 - 74 vol%) ein explosives Gemisch bildet und zudem durch die menschlichen Sinne nicht wahrnehmbar ist, geht von seiner Verwendung potentielle Gefahr aus. Demzufolge ist man auf die Erfassung von Wasserstoff durch Sensoren angewiesen. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Entwicklung eines Wasserstoffsensors, der folgenden Forderungen genügt: klein, kostengünstig, geringer Energieverbrauch, in einem weiten Temperaturbereich einsetzbar, Messbereich von 100 ppm bis 4 vol% H2. Als Sensor dient ein Hybrid Suspended Gate Feldeffekttransistor (HSGFET). Er gehört zur Klasse der Feldeffekt-Sensoren, bei denen die gasbedingte Austrittsarbeitsänderung einer sensitiven Schicht in ein Sensorsignal umgesetzt wird. Weil sich beim HSGFET zwischen dem Gate und dem FET ein Luftspalt befindet, wird er als MAIS-Bauteil (Metal-Airgap-Insulator-Semiconductor) bezeichnet. An der Unterseite des Gate, dem FET zugewandt, befindet sich die gassensitive Schicht. Der Vorteil dieser Bauweise ist, dass die gassensitive Grenzfläche für das Gas ohne Diffusion zugänglich ist. Neben der Entwicklung und Charakterisierung einer wasserstoffsensitiven Sensorschicht wird im Zuge dieser Arbeit auch ein H2FET aufgebaut, charakterisiert und dessen Funktionalität gezeigt. Zur Auswahl geeigneter Sensormaterialien werden Iridium, Palladium und Platin sowie mit Platin modifiziertes Iridium (IrPt) und Palladiumlegierungen (PdAg, PdNi) untersucht. Als dünne Schichten auf dem Trägermaterial (hochdotiertes p-Silizium) abgeschieden, werden die Materialien sowohl mit Hilfe der Kelvinsonde als auch dem sog. LaborFET auf ihre Sensitivität, Selektivität und Stabilität bezüglich Wasserstoff und relevanter Quergase (NO2, CO2, CO, NH3, Cl2) getestet. Die Experimente zeigen, dass Platin als gassensitive Schicht mit einer dünnen Pufferschicht aus Titan zwischen der Sensorschicht und dem Trägermaterial das geeignetste gassensitive Material (TiPt) ist: Es lässt keine mechanischen Veränderungen der Oberfläche durch Gaseinfluss erkennen und liefert bereits bei Raumtemperatur sowohl schnelle (t90-Zeiten von etwa 10 Sekunden) als auch voll reversible Sensorsignale. Das Platin ist zudem wenig sensitiv gegenüber den Quergasen und lässt auch keine Vergiftung durch diese erkennen. Mit der Titan Pufferschicht werden Schottky-Kontakte an der Grenzfläche zwischen dem Platin und dem Silizium vermieden. Dadurch wird nicht nur die Sensor-Baseline stabilisiert sondern auch die Haftung auf dem Trägermaterial verbessert. Des weiteren wurde ein starker Einfluss der Oberflächenmorphologie des Platins auf die Reaktionsgeschwindigkeit und Temperaturabhängigkeit der Sensorsignale ermittelt. Die diesbezüglichen Untersuchungen werden dargestellt und diskutiert. Um die Machbarkeit eines solchen Sensors zu demonstrieren, wird ein H2FET aufgebaut. Dazu wird ein mikromechanisch strukturiertes Gate mit TiPt beschichtet und mit Hilfe eines Flip-Chip-Bonders sowie Klebetechnik auf dem FET positioniert und fixiert. Der so entstandene H2FET hat einen sehr niedrigen Energieverbrauch von einigen �W und wird in Bezug auf seine Eigenschaften als Wasserstoffsensor charakterisiert sowie seine Funktionsfähigkeit bei Raumtemperatur und feuchter Atmosphäre gezeigt. Da für den so hergestellten H2FET nur Techniken und Methoden verwendet werden, die in der Halbleiterindustrie standardmäßig zur Verfügung stehen, hat dieser ein sehr hohes Potential für eine kostengünstige Fertigung im industriellen Maßstab.    «

Wasserstoff gilt als Energieträger der Zukunft. Da Wasserstoff mit Luft in einem weiten Mischungsbereich (4 - 74 vol%) ein explosives Gemisch bildet und zudem durch die menschlichen Sinne nicht wahrnehmbar ist, geht von seiner Verwendung potentielle Gefahr aus. Demzufolge ist man auf die Erfassung von Wasserstoff durch Sensoren angewiesen. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Entwicklung eines Wasserstoffsensors, der folgenden Forderungen genügt: klein, kostengünstig, geringer Energieverb...    »