Plattform für Wasser, Gas und Wärme
Ionensensitive Feldeffekttransistoren (ISFETs) zeichnen sich durch ihre Kompaktheit, Robustheit und Integrationsfähigkeit aus. Daher sind optimal für die präzise Messung von pH-Werten sowie für die genaue Bestimmung der Konzentration zahlreicher Ionen in Wasser geeignet. In der pH-Messtechnik finden sie aufgrund ihrer Unzerbrechlichkeit vor allem in der Lebensmittelproduktion bereits breite Anwendung. Das Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme (IPMS) gab diese Woche bekannt, eine n‑Wannentechnologie entwickelt zu haben, die es ermöglicht, mehrere ISFETs auf einem Chip so zu integrieren, dass eine gezielte Funktionalisierung mittels ionenselektiver Schichten möglich sei. Gemäss dem IPMS ermöglicht diese Integrationstechnologie multifunktionale ISFET Arrays, die die simultane und kontinuierliche Messung verschiedener Parameter wie pH-Wert, Nitrat-, Phosphat- und Kaliumkonzentration mit nur einem Sensorchip ermöglichen. Bei Bedarf können auch weitere Parameter in das System integriert werden.
Die Nutzung dieser Technologie soll dazu beitragen, die Effizienz und Nachhaltigkeit in der Landwirtschaft zu steigern, indem die Messdaten mit externen Daten, wie zum Beispiel Wetterdaten, kombiniert werden. Dies könnte zum Beispiel Landwirten ermöglichen, passgenaue Nährstoffgaben vorzunehmen. Das könnte nicht nur Kosten für Düngemittel sparen, sondern auch die Umwelt schonen.
«Ein derartiges Messsystem, welches essenzielle Parameter von Wasser kontinuierlich in Echtzeit erfassen kann, hat ein riesiges Marktpotenzial», ist Olaf R. Hild, Leiter des Geschäftsfelds Chemische Sensorik am Fraunhofer IPMS überzeugt. «Es eröffnet neue Möglichkeiten für Anwendungen in der Umweltanalytik, der Land- und Wasserwirtschaft sowie im stark wachsenden Markt der Indoorfarming-Anwendungen.»
Link zur kompletten Medienmitteilung des Fraunhofer Instituts
Die ISFETs des Fraunhofer IPMS basieren, laut eigenen Aussagen, auf der Metal-Oxid-Semiconductor (MOS) Feldeffekttransistortechnologie. Die Integration mehrerer ISFETs in einer n-Wanne soll durch eine elektrische Separierung ermöglicht werden, die durch die Implantation von Phosphor als n-Dotierung in einen p-Wafer erfolgt. Der Sensorbereich, der mit dem Medium in Berührung kommt, bestehe aus einer Metalloxidschicht, die entweder als pH-Sensor fungieren kann oder mit einer ionenselektiven Membran beschichtet wird. Für jede zu detektierende Ionensorte muss ein ISFET mit einer entsprechenden ionenselektiven Membran beschichtet werden.
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