The Karlsruhe Micro Nose, KAMINA

Význam tématu

Rostoucí poptávka po kompaktních, cenově dostupných a inteligentních systémech elektronických čichů nachází uplatnění v monitoringu kvality vzduchu, analýze lidského dechu pro lékařskou diagnostiku a kontrole čerstvosti potravin. Precizní řízení tloušťky průhledné membrány na povrchu senzorů je klíčové pro vyladění jejich selektivity a citlivosti.

Cíle a přehled studie

Cílem aplikace bylo detailně charakterizovat gradient vrstvy SiO₂ o tloušťce přibližně 2–10 nm nanesené na mikrosenzorové pole KAMINA pomocí úhlově rozlišené rentgenové elektronové spektroskopie (ARXPS). Studie demonstruje schopnost Theta Probe realizovat prostorové měření tenkých vrstev s vysokým rozlišením.

Použitá metodika a instrumentace

Pro analýzu byla použita ARXPS na systému Thermo Scientific Theta Probe s těmito klíčovými prvky:

• Microfokus monochromátor definující velikost analysované oblasti 50 µm
• Rozsah úhlů 0–60° rozdělený do 16 kanálů
• Charge compensation pro eliminaci nabíjení nevodivých materiálů
• Avantage software pro automatizované fitování Pté a O 1s signálů

Vzorek: mikro pole s 38 SnO₂ nebo WO₃ senzorovými prvky (4×8 mm²), pokryté gradientní tenkou vrstvou SiO₂ nanesenou iontově asistovanou deposicí. Základnu senzoru tvoří Pt elektrody pro měření vodivosti, na opačné straně jsou integrované topné elementy.

Hlavní výsledky a diskuse

Úhlově rozlišená data umožnila vytvořit dvouřádkové skeny (nad elektrodami a mezi nimi) s 38 body každý. Tloušťka SiO₂ se pohybovala mezi 3 a 7 nm, přičemž gradient odpovídal navržené depoziční bázi. Výsledky potvrdily vysokou reprodukovatelnost a rozlišení metody.

Přínosy a praktické využití metody

Detailní mapování ultra tenkých vrstev přímo na funkčních senzorech umožňuje optimalizaci jejich selektivity vůči cílovým plynům. Velkoplošné vzorky a prostorové rozlišení zkracují vývojový cyklus senzorických materiálů a podporují jejich komerční nasazení.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se rozšíření ARXPS pro inline monitorování výroby tenkých vrstev, kombinace s chemometrickými metodami pro automatizovanou interpretaci dat a integrace do miniaturizovaných analytických platforem pro průmyslové aplikace.

Závěr

ARXPS na Theta Probe představuje výkonný nástroj pro rutinní a prostorově rozlišené měření tlouštěk tenkých vrstev na elektronických nosích. Metoda nabízí vysokou přesnost, reprodukovatelnost a praktickou použitelnost ve vývoji a kontrole pokročilých senzorických systémů.

Reference

• P. Althainz, J. Goschnick, S. Ehrmann, H.J. Ache. Sens. Actuat. B. 33 (1996) 72
• M. Frietsch, L.T. Dimitrakopoulos, T. Scheider, J. Goschnick. Surf. Coat. Technol., 120-121 (1999) 265
• R. Schlesinger, M. Bruns. Thin Solid Films, 366 (2000) 265