GaN-basierte Heterostrukturen für optische Sensorik

In den aktuellen Forschungsarbeiten wollen wir Möglichkeiten untersuchen, mit Halbleiter-Strukturen auf der Basis von GaN optisch auslesbare intelligente Sensoren zu entwickeln. Ein besonderer Vorteil solcher Sensoren besteht darin, dass sie ohne elektrische Kontakte auskommen. Deshalb sind sie auch in chemisch aggressiver Umgebung einsetzbar, zumal GaN ein äußerst robustes Halbleitermaterial ist. Diese Unempfindlichkeit macht solche Sensoren attraktiv für Messungen in biologischer Umgebung. Zur spezifischen Detektion verschiedener Biomoleküle sollen die Oberflächen dieser Sensoren mit geeigneten Molekülen funktionalisiert werden. Als Signal dient die Photolumineszenz von oberflächennahen GaInN-Quantenfilmen, die sich je nach Oberflächenbelegung hinsichtlich Intensität und Wellenlänge ändert. Neben planaren Oberflächen sollen unterschiedliche Mikro- und Nanostrukturen erforscht werden. Die Sensormaterialien werden in der Gruppe von Prof. F. Scholz (Optoelektronik) hergestellt. Die Forschungsarbeiten werden in Kooperation mit Prof. T. Weil (Organische Chemie, Funktionalisierung der Oberflächen mit Biomolekülen) und Apl. Prof. K. Thonke (Physik/Quantenmaterie, optische Spektroskopie) durchgeführt.

Arbeiten zur Gas-Sensorik mit ähnlichen Sensor-Strukturen werden im Rahmen des Graduierten-Kollegs "PulmoSens" durchgeführt.

Publikationen:

D. Heinz, F. Huber, M. Spiess, M. Asad, L. Wu, O. Rettig, D. Wu, B. Neuschl, S. Bauer, Y. Wu, S. Chakrabortty, N. Hibst, St. Strehle, T. Weil, K. Thonke and F. Scholz;GaInN quantum wells as optochemical transducers for chemical sensors and biosensorIEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, Vol. 23, Nr. 2 (2017) pp. 1900109-1--9 (link)

Jassim Shahbaz, Martin Schneidereit, Klaus Thonke, and Ferdinand Scholz;
Functionalized GaN/GaInN heterostructures for hydrogen sulfide sensing;
Jpn. J. Appl. Phys. 58, SC1028 (2019) (link).

Martin F. Schneidereit, Ferdinand Scholz, Florian Huber, Holger Schieferdecker, Klaus Thonke, Nilanjon Naskar, Tanja Weil, Alberto Pasquarelli; Bio sensing with InGaN-heterostructures using a compact spectrometer approach; Sensors & Actuators B 305 (2020) 127189 (link).

Pressemiteilung

 

Sensor-Prinzip: Durch Adsorption unterschiedlicher Chemikalien an der Oberfläche der Halbleiterstruktur ändert sich die oberflächennahe Krümmung der Bandstruktur und damit die Photolumineszenz des obereflächennahen Quantenfilms (ganz rechts). Dieser Effekt wird sowohl bei koaxialen Nanosäulen (links) als auch bei planaren Quantenfilmen (Mitte) beobachtet.
Änderung der Photolumineszenz-Intensität eines oberflächennahen GaInN-Quantenfilms bei Überströmen mit Stickstoff bzw. Sauerstoff.
Änderung der Photolumineszenz-Intensität eines oberflächennahen GaInN-Quantenfilms bei Überströmen mit Stickstoff bzw. H2S verdünnt in Stickstoff.
Sensor setup including a fluid channel on the GaInN-based sensor and a mini-spectrometer based on a split-diode detection method exhibited at the 69th Lindau Nobel Laureate Meeting boat trip on July 5, 2019.

Kontakt

  • Ferdinand Scholz
  • Institut für Funktionelle Nanosysteme
  • Albert-Einstein-Allee 45
  • 89081 Ulm
  • Raum: 45.4.204
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  • Telefax: +49 (0)731 50 26049