Grundlegende Entwicklung zur Detektion flüchtiger organischer Stoffe mittels MEMS basiertem Ionenmobilitätsspektrometer (DoSIs)

Seit dem 01.09.2019 läuft am ZAFT ein Projekt mit dem Titel "Grundlegende Entwicklung zur Detektion flüchtiger organischer Stoffe mittels MEMS basiertem Ionenmobilitätsspektrometer (DoSIs)"

Die Detektion von leicht flüchtigen organischen Komponenten (engl.: volatile organic compounds, VOC) im ppm- und ppb-Konzentrationsbereich spielt unter anderem in den Bereichen Umweltanalytik, Medizintechnik, Produktionstechnik und Sicherheitstechnik eine große Rolle. Am Markt haben sich bereits verschiedene Lösungen etabliert, welche die Ionenmobilität zum Nachweis und zur Quantifizierung nutzen. Diese Geräte sind derzeit kaum mobil einsetzbar, messen zumeist nur diskontinuierlich und sind zudem recht teuer. DoSIs hat daher das Ziel eine auf der Ionenmobilität beruhende Analysemethode zu erforschen, die eine MEMS- (Micro-Electro-Mechanical Systems) basierte Lösung verfolgt. Hierzu soll, auf Vorarbeiten aufbauend, eine konzeptionelle Überarbeitung eines MEMS-basierten Ansatzes erfolgen und in ein universell nutzbares Ionenmobilitätsspektrometer (IMS)-MEMS-Design überführt werden. Daraus wird ein geeignetes Prozesskonzept abgeleitet und in einem MEMS-Reinraum auf 200-mm-Wafern umgesetzt. Parallel erfolgen die Erforschung eines Ionisationsmoduls zur Ionisation von organischen, gasförmigen Materialien in luftähnlicher Atmosphäre sowie grundlegende Untersuchungen zur Realisierbarkeit einer Ansteuerung des Analysechips hinsichtlich der elektrischen Eigenschaften und Anforderungen. Darüber hinaus wird eine Integration der Komponenten in ein Gas-Ionisationsmodul entwickelt. Zielstellung des Teilprojektes am ZAFT ist es, anhand neu zu entwickelnder Elektronikkomponenten sowie Steuer- und Signalverarbeitungsalgorithmen den Messprozess dieses Moduls vollständig zu automatisieren. Hierzu zählen insbesondere die Entwicklung von miniaturisierten Schaltungslösungen für die Signalgenerierung des Filtersignals und die Signalauswertung sowie Algorithmen zur Rauschminderung und Störsignalentkopplung für die Optimierung des Messsystems. Die Ergebnisse und Lösungen können anschließend verwendet werden, das vom Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme entwickelte Sensor-Konzept in einen experimentellen Laboraufbau zu integrieren.