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Ein Beitrag zur elektrochemischen Sensorik: Entwicklung und Charakterisierung von planaren amperometrischen Mikroelektroden unter Einsatz statischer und dynamischer Testverfahren . A Contribution to Electrochemical Sensorics: Developement and Characterization of Plain Amperometric Microelectrodes Using Static and Dynamic Test Methods

by Koester, Oliver

Abstract (Summary)
The increasing demand for chemical and biochemical sensors meets with strong requirements for sensor miniaturization and permanent lowering of costs. Thus, fabrication methods of the semiconductor industry attract manufacturers of chemical sensors. But the advantages of the silicon technologies fail to work, if no tools for waferlevel functional tests of transducers and sensors are available. Within this theses test methods for quality control of ultramicroelectrode-arrays (UMA) were evaluated, including electrochemical impedance spectroscopy (EIS), cyclic voltammetry (CV) and scanning electrochemical microscopy (SECM). Waferlevel tests of glucose sensors were also performed. It was shown, that EIS at very low frequencies in combination with UMA provide an easy and powerful tool for deriving standard rate constants even of very fast charge-transfer reactions. In addition, a single-chip potentiostat was chacacterized and its reliability was demonstrated. Besides the waferlevel yield the most important number in sensor technology is the assembly test yield (ATY). Within the theses a technology recipe for making backside contacts for silicon chips was developed, which promises an increase in ATY. Ein steigender Bedarf an chemischen und biochemischen Sensoren in Verbindung mit dem Streben nach Miniaturisierung und Kostendruck durch kurze Nutzungsdauern lassen den Einsatz von Technologien der Mikroelektronikfertigung mit seinen großen Potential an massenproduktionstauglichen Methoden attraktiv erscheinen. Die Vorteile der Siliziumtechnik werden jedoch nur dann voll wirksam, wenn neben der günstigen Herstellung auch Prüfwerkzeuge für den Funktionstest der Transducer und Sensoren noch auf Basis der unzerteilten Wafer zur Verfügung stehen. Der Validierung solcher Prüfmethoden widmet sich diese Dissertation, im Besonderen der Qualitätskontrolle an Ultramikroelektrodenarrays (UMA). Zur Bestimmung der charakteristischen Bauteilparameter wurden die elektroanalytischen Meßmethoden elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS), Cyclovoltammetrie (CV) und rasterelektrochemische Mikroskopie (SECM) untersucht. Der Übergang zu entsprechenden Fragestellungen beim vollständigen Sensor wurde am Beispiel Glukosesensor behandelt. Es ist zudem gezeigt worden, daß die EIS an UMA bei niederen Anregungsfrequenzen die verläßliche Bestimmung der Standardgeschwindigkeitskonstanten reversibler Redoxsysteme ermöglicht. Die untersuchten Prüfmethoden machen den Einsatz eines Potentiostaten erforderlich. In der vorliegenden Arbeit wurde ein Single-Chip Potentiostat charakterisiert und seine Zuverlässigkeit validiert und demonstriert. Neben der Ausbeutebestimmung beim Funktionstest auf Waferebene ist bei Sensoren die Ausbeute nach Assemblierung entscheidend. Im Rahmen der Dissertation wurde eine Rückseitenkontaktierung für Siliziumchips entwickelt, die eine deutliche Steigerung dieser Ausbeute verspricht. Dazu wurde mit dem anisotropen Rückseitenätzen ein Verfahren der Silizium-Mikromechanik eingesetzt.
Bibliographical Information:

Advisor:Vogt, Holger; Prof. Dr.-Ing.

School:Universität Duisburg-Essen, Standort Essen

School Location:Germany

Source Type:Master's Thesis

Keywords:elektrotechnik gerhard mercator universitaet

ISBN:

Date of Publication:05/21/2001

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