Gassensoren erkennen die Gefahr

Mikrochips ermitteln Überschreiten der Grenzwerte – von Kohlenmonoxid über Ozon bis Alkohol

Professor Eisele vom Institut für Physik an der Universität der Bundeswehr München entwickelt mit seinem Team Gassensoren, die riechen können. Sie erkennen Gase, die oftmals in mehrfacher Hinsicht gefährlich sind, da sie geruchlos, giftig und explosiv sind. Aber auch einen erhöhten Ozongehalt während der heißen Tage erkennen die Sensoren und können rechtzeitig warnen.

Die Nase als menschliches Sinnesorgan ist hochempfindlich, kann viele Gase und Stoffe jedoch nicht erkennen. Besonders folgenreich kann dies bei geruchlosen Gasen sein, die gleichzeitig auch giftig und explosiv sind. Dazu gehört beispielsweise das Kohlenmonoxid, das als Überdosis in einem Gärsilo spät erkannt und schnell tödlich auf den Menschen wirken kann. Im Kohlebergbau kommt es weltweit immer wieder zu Grubenunglücken, da der erhöhte Anteil an Methangas nicht rechtzeitig erkannt wird. Für ein Unglück reicht dann schon ein Funken.

Aber auch in anderen Bereichen sind Gassensoren auf dem Vormarsch. So etwa in der Automobilindustrie, wo Gassensoren dazu dienen, die Luft im Fahrzeuginneren zu optimieren. Die Bestimmung des Ozongehaltes ist besonders während einer Hitzeperiode für ältere Menschen von Bedeutung. Die Forschung geht schon so weit, dass Gassensoren in ein Mobiltelefon integriert werden können und den Nutzer etwa auf den erhöhten Alkoholgehalt im Atem aufmerksam machen.

Die Grundlagen für diese Gassensoren schafft Professor Ignaz Eisele mit seinem Team vom Institut für Physik an der Universität der Bundeswehr München. In den Labors des Instituts und im eigenen Reinraum forschen und tüfteln die Wissenschaftler bereits seit 15 Jahren an der Optimierung von Gassensoren.

Das Prinzip des Gassensors beruht auf MOS (Metal-Oxide-Semiconductor) Transistoren, die als Grundbauelemente für alle komplexen Mikrochips dienen. Allerdings sitzt die Steuerelektrode nicht direkt auf der Oberseite des Siliziumchips, sondern ist mit etwas Abstand darüber montiert. In den dadurch entstehenden Luftspalt können Gase eindringen. Wenn die Steuerelektrode mit einer speziellen chemisch empfindlichen Schicht belegt ist, ändert sich deren Spannung und damit der Stromfluss im Transistor.

Der Vorteil des Konzeptes liegt darin, dass sich ein solcher Sensor mit den etablierten Methoden der Halbleitertechnologie ohne besondere Schwierigkeiten kostengünstig herstellen lässt.