Chemische Sensoren

Zusammenfassung

Die elektrische Leitfähigkeit halbleitender Metalloxide ändert sich durch die Einwirkung von Gasen auf die Oberfläche des Metalloxids [Hei54]. Dieser Effekt kann zur Messung der Gaskonzentration genutzt werden. Die in den Sensoren verwendeten Metalloxide (vorwiegend Zinndioxid SnO₂ und Zinkoxid ZnO) sind zumeist n-leitende Halbleiter, weil diese Metalloxide immer eine gewisse Anzahl von Sauerstoffleerstellen aufweisen. Durch die Wirkung der Sauerstoffleerstellen können die betreffenden Metall-Atome ihre Elektronen nicht an die Sauerstoff-Atome abgeben, daher werden diese Elektronen an das Leitungsband des Metalloxidhalbleiters abgegeben. Die Oberfläche der Metalloxide ist so präpariert, daß die Konzentration der Sauerstoffleerstellen vom Sauerstoffpartialdruck in der Umgebung des Metalloxids abhängt. Der elektrische Widerstand des Metalloxids hängt somit vom Sauerstoffpartialdruck in seiner Umgebung ab, so daß der Metalloxidgassensor grundsätzlich als Sauerstoffsensor wirkt. Bei erhöhtenTemperaturen zwischen 200 °C und 500 °C entsteht eine stabile Sauerstoffleerstellenkonzentration im Metalloxid, die zu einer bestimmten Grundleitfähigkeit des Sensormaterials bei einem bestimmten Sauerstoffpartialdruck führt.