Paramagnetischer Sauerstoffsensor in Mikrosystemtechnik

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Ziel des Vorhabens ist der Aufbau eines paramagnetischen Sauerstoffsensors in Mikrosystemtechnik, der eine Sauerstoffmessung im medizinisch und technisch relevanten Konzentrationsbereich oberhalb von ca. 1% erlaubt. Zugrunde liegt diesem System die Erzeugung von Druckunterschieden in symmetrisch aufgebauten Kanalstrukturen durch lokale hohe Magnetfeldgradienten, hervorgerufen durch die paramagnetischen Eigenschaften des Sauerstoffs. Technologiebasis des Systems sind mit Hilfe von ICP-Ätzverfahren in Silizium eingebrachte symmetrische Kanalstrukturen, die auf einer oder auf beiden Seiten mit Glassubstraten verschlossen werden. Lokal unterschiedliche Kanalquerschnitte und die direkte Integration von freitragenden Widerständen zur Flussmessung - alternativ Pirani-Strukturen zur Druckmessung - in diese Kanäle sowie symmetrisch angeordneten Heizwendeln zur thermischen Modulation des paramagnetischen Eigenschaften des Sauerstoffs lassen eine gegenüber bisherigen Konzepten - auch solchen in Mikrotechniken - eine erheblich verbesserte Empfindlichkeit erwarten. Ausgehend von numerischen Simulationen zu den Strömungs- und Druckverläufen in Abhängigkeit von Kanalform- und Querschnitt, der Magnetfeldanordnung und -stärke sowie zur Modulation der paramagnetischen Eigenschaften des Sauerstoffs durch eine symmetrische Beheizung des Gases soll ein Mikrosystem aufgebaut werden. In dieses sollen neben den Kanälen, Fluss- bzw. Differenzdruck-Messbrücken und Heizwendeln zur thermischen Modulation Strukturen integriert werden zur definierten Einstellung der lokalen Flussgeschwindigkeiten und Druckstufen sowie zur mikrometer-genauen Positionierung von Permanentmagneten und zum Anschluss an unterschiedliche Messumgebungen (im Fluss, im Bypass, als offenes System). Des Weiteren soll die jeweilige Auswertelektronik entwickelt und aufgebaut werden.