Neue Chemie für ultradünne Gassensoren
Lukas Mai – er spiegelt sich in einer Dünnschicht – und Anjana Devi. © RUB, Marquard
Das Team berichtet in der Zeitschrift „Small“, die den Beitrag in der Ausgabe vom 4. Juni 2020 für ihren Titel ausgewählt hat.
Ultradünne Schichten aufbringen
Um einen Sensor für Stickstoffdioxid (NO2) herzustellen, muss eine dünne Schicht nanostrukturiertes Zinkoxid (ZnO) auf ein Sensorsubstrat aufgebracht und anschließend in ein elektrisches Bauteil eingebunden werden. Das Team von Prof. Dr. Anjana Devi nutzte ALD, um ultradünne ZnO-Schichten auf solche Sensorsubstrate aufzubringen.
Generell werden in der Industrie ALD-Prozesse eingesetzt, um mittels ultradünner Schichten, die teilweise nur wenige Atomlagen dick sind, elektrische Bauteile zu miniaturisieren und gleichzeitig die Effektivität zu erhöhen.
Dafür sind Präkursoren notwendig, die im ALD-Prozess auf einer Oberfläche reagieren und so eine dünne Schicht bilden. „Die Chemie hinter ALD-Prozessen ist also essenziell und hat großen Einfluss auf die resultierenden Schichten“, unterstreicht Anjana Devi.
Sichere Handhabung und höchste Qualität
In der Industrie werden ZnO-Schichten bisher mit einem extrem reaktiven Zinkpräkursor hergestellt, der sich an Luft sofort entzündet, Experten nennen das pyrophor. „Der Schlüssel für die Entwicklung eines sicheren ALD-Prozesses war die Erforschung eines neuen, nicht pyrophoren Präkursors, der sicher gehandhabt werden kann und in der Lage ist ZnO-Schichten in der höchsten Qualität herzustellen“, so Lukas Mai, Erstautor der Studie.
„Die Herausforderung war es, eine alternative Chemie zu finden, die in der Lage ist, pyrophore, industriell verwendete Verbindungen zu ersetzen.“
Das Besondere am neuen Prozess ist, dass dieser sogar bei geringen Temperaturen möglich ist, was das Beschichten von Kunststoffen ermöglicht. Somit ist der neue Prozess nicht nur für die Herstellung von Gassensoren geeignet, sondern auch für Gasbarriereschichten. Sie werden in der Industrie auf Plastik aufgebracht und dafür genutzt, empfindliche Waren wie Lebensmittel und Medikamente vor Luft zu schützen.
Kooperationspartner
Möglich wurde dies durch die interdisziplinäre Zusammenarbeit von Naturwissenschaftlern und Ingenieuren. Zum Team gehörten die Arbeitsgruppen Chemie Anorganischer Materialien unter der Leitung von Anjana Devi sowie Allgemeine Elektrotechnik und Plasmatechnik unter Leitung von Prof. Dr. Peter Awakowicz, Forscherinnen und Forscher der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf und die Firma Paragon.
Förderung
Die Arbeiten wurden durch den Europäischen Fond für Regionale Entwicklung (EFRE) im Projekt Funald und durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft im Rahmen des Sonderforschungsbereichs/Transregios TR87 gefördert. Lukas Mai wurde gefördert durch die Stiftung der Deutschen Wirtschaft.
Originalveröffentlichung
Lukas Mai et al.: Zinc Oxide: From precursor chemistry to gas sensors: Plasma‐enhanced atomic layer deposition process engineering for zinc oxide layers from a nonpyrophoric zinc precursor for gas barrier and sensor applications, in: Small, 2020, DOI: 10.1002/smll.202070122
Pressekontakt
Prof. Dr. Anjana Devi
Arbeitsgruppe Chemie Anorganischer Materialien
Lehrstuhl für Anorganische Chemie II
Fakultät für Chemie und Biochemie
Ruhr-Universität Bochum
Tel.: +49 234 32 24167
E-Mail: anjana.devi@rub.de
Prof. Dr. Anjana Devi
Arbeitsgruppe Chemie Anorganischer Materialien
Lehrstuhl für Anorganische Chemie II
Fakultät für Chemie und Biochemie
Ruhr-Universität Bochum
Tel.: +49 234 32 24167
E-Mail: anjana.devi@rub.de
Lukas Mai et al.: Zinc Oxide: From precursor chemistry to gas sensors: Plasma‐enhanced atomic layer deposition process engineering for zinc oxide layers from a nonpyrophoric zinc precursor for gas barrier and sensor applications, in: Small, 2020, DOI: 10.1002/smll.202070122
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/smll.202070122 – Originalpaper
Media Contact
Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften
Die Materialwissenschaft bezeichnet eine Wissenschaft, die sich mit der Erforschung – d. h. der Entwicklung, der Herstellung und Verarbeitung – von Materialien und Werkstoffen beschäftigt. Biologische oder medizinische Facetten gewinnen in der modernen Ausrichtung zunehmend an Gewicht.
Der innovations report bietet Ihnen hierzu interessante Artikel über die Materialentwicklung und deren Anwendungen, sowie über die Struktur und Eigenschaften neuer Werkstoffe.
Neueste Beiträge
Neue universelle lichtbasierte Technik zur Kontrolle der Talpolarisation
Ein internationales Forscherteam berichtet in Nature über eine neue Methode, mit der zum ersten Mal die Talpolarisation in zentrosymmetrischen Bulk-Materialien auf eine nicht materialspezifische Weise erreicht wird. Diese „universelle Technik“…
Tumorzellen hebeln das Immunsystem früh aus
Neu entdeckter Mechanismus könnte Krebs-Immuntherapien deutlich verbessern. Tumore verhindern aktiv, dass sich Immunantworten durch sogenannte zytotoxische T-Zellen bilden, die den Krebs bekämpfen könnten. Wie das genau geschieht, beschreiben jetzt erstmals…
Immunzellen in den Startlöchern: „Allzeit bereit“ ist harte Arbeit
Wenn Krankheitserreger in den Körper eindringen, muss das Immunsystem sofort reagieren und eine Infektion verhindern oder eindämmen. Doch wie halten sich unsere Abwehrzellen bereit, wenn kein Angreifer in Sicht ist?…
