DE102015220909A1 - Use of an ion sensitive field effect transistor to measure a concentration of hydrogen peroxide in a fluid - Google Patents

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Isabelle Raible
Marc Schmid
Katrin Luckert
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sensoreinrichtung (100) zum Messen einer Konzentration von Wasserstoffperoxid (102) in einem Fluid (104), wobei die Sensoreinrichtung (100) eine ionensensitive Struktur(106) und eine Elektrodeneinrichtung (108) aufweist, wobei die ionensensitive Struktur (106) einen Sourcekontakt (112), einen Drainkontakt (114) und eine zwischen dem Sourcekontakt (112) und dem Drainkontakt (114) angeordnete ionensensitive Fläche (116) aufweist und die Elektrodeneinrichtung (108) von der ionensensitiven Fläche (116) der Struktur (106) beabstandet, in dem Fluid (104) anordenbar und für Wasserstoffperoxid (102) als Katalysator wirkend ist.The invention relates to a sensor device (100) for measuring a concentration of hydrogen peroxide (102) in a fluid (104), wherein the sensor device (100) has an ion-sensitive structure (106) and an electrode device (108), wherein the ion-sensitive structure (106 ) has a source contact (112), a drain contact (114) and an ion sensitive surface (116) disposed between the source contact (112) and the drain contact (114), and the electrode means (108) from the ion sensitive surface (116) of the structure (106 ), in which fluid (104) is disposable and acts as a catalyst for hydrogen peroxide (102).

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung oder einem Verfahren nach Gattung der unabhängigen Ansprüche.The invention is based on a device or a method according to the preamble of the independent claims.

Eine sehr niedrige Konzentration von Wasserstoffperoxid in einem Medium kann durch chemisch-analytische Laborverfahren bestimmt werden.A very low concentration of hydrogen peroxide in a medium can be determined by chemical analytical laboratory methods.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz das Verwenden eines ionensensitiven Feldeffekttransistors zum Messen einer Konzentration von Wasserstoffperoxid in einem Fluid, weiterhin eine Sensoreinrichtung zum Messen einer Konzentration von Wasserstoffperoxid in einem Fluid sowie schließlich ein Verfahren zum Messen einer Konzentration von Wasserstoffperoxid in einem Fluid gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.Against this background, with the approach presented here, the use of an ion-sensitive field-effect transistor for measuring a concentration of hydrogen peroxide in a fluid, a sensor device for measuring a concentration of hydrogen peroxide in a fluid and finally a method for measuring a concentration of hydrogen peroxide in a fluid according to presented the main claims. The measures listed in the dependent claims advantageous refinements and improvements of the independent claim device are possible.

Elektrisch neutrales Wasserstoffperoxid H2O2 kann unter Verwendung eines Katalysators in seine elektrisch geladenen Ionen Wasserstoff H und Sauerstoff O zerlegt werden. Die elektrischen Ladungen dieser Ionen bilden ein elektrisches Feld aus, das eine elektrische Größe zwischen einem Sourcekontakt und einem Drainkontakt eines Feldeffekttransistors beeinflussen kann. Bei konstanten Rahmenbedingungen steht eine Anzahl der vorhandenen Ionen in einem Gleichgewicht zu einer Konzentration des Wasserstoffperoxids in einer Umgebung des Katalysators. Somit besteht ein Zusammenhang zwischen einer Stärke des elektrischen Felds und der Konzentration. Die Stärke des elektrischen Felds kann unter Verwendung der elektrischen Größe erfasst werden. Electrically neutral hydrogen peroxide H 2 O 2 can be decomposed into its electrically charged ions hydrogen H and oxygen O using a catalyst. The electrical charges of these ions form an electric field that can affect an electrical quantity between a source contact and a drain contact of a field effect transistor. Under constant conditions, a number of the ions present are in equilibrium with a concentration of hydrogen peroxide in an environment of the catalyst. Thus, there is a relationship between a strength of the electric field and the concentration. The strength of the electric field can be detected using the electrical quantity.

Eine Sensoreinrichtung zum Messen einer Konzentration von Wasserstoffperoxid in einem Fluid weist die folgenden Merkmale auf:
eine ionensensitive Struktur, die einen Sourcekontakt, einen Drainkontakt und eine zwischen dem Sourcekontakt und dem Drainkontakt angeordnete ionensensitive Fläche aufweist; und
eine von der ionensensitiven Fläche der Struktur beabstandete, in dem Fluid anordenbare, für Wasserstoffperoxid als Katalysator wirkende Elektrodeneinrichtung. A sensor device for measuring a concentration of hydrogen peroxide in a fluid has the following features:
an ion-sensitive structure having a source contact, a drain contact, and an ion-sensitive surface disposed between the source contact and the drain contact; and
a spaced apart from the ion-sensitive surface of the structure, which can be arranged in the fluid, acting for hydrogen peroxide as a catalyst electrode means.

Die Sensoreinrichtung kann auf einem ionensensitiven Feldeffekttransistor (IsFET) basieren und somit für eine lsFET-basierte Messung von niedrigen H2O2 Konzentrationen in Sterilisationsprozessen verwendet werden.The sensor device may be based on an ion-sensitive field effect transistor (IsFET) and thus be used for lsFET-based measurement of low H 2 O 2 concentrations in sterilization processes.

Bei der Verpackung und Abfüllung von Lebensmitteln und Pharmazeutika können Wasserstoffperoxid (H2O2) Dämpfe für die Erzeugung steriler Bedingungen eingesetzt werden. Dabei werden die zu verpackenden Erzeugnisse kurzzeitig hohen H2O2 Konzentrationen ausgesetzt, um mögliche Keime abzutöten. Die kurzzeitig hohe Konzentration wird im Folgenden entfernt. Für die zugehörige Sensorik bedeutet dies, dass Sensoren zur Messung von sehr hohen, wie auch sehr niedrigen Konzentrationen an H2O2 benötigt werden.When packaging and filling food and pharmaceuticals, hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) vapors can be used to create sterile conditions. The products to be packaged are briefly exposed to high H 2 O 2 concentrations in order to kill possible germs. The short-term high concentration is removed below. For the associated sensors, this means that sensors are needed to measure very high as well as very low concentrations of H 2 O 2 .

Im Unterschied zu H2O2 Sensoren, die den hohen Konzentrationsbereich abdecken sowie chemisch-analytischer Laborverfahren, die niedrige H2O2 Konzentrationen zeit- und kostenspielig bestimmen, ermöglicht der hier beschriebene Ansatz die Realisierung eines Sensors zur Messung von hohen und geringen H2O2 Konzentrationen, der den Anforderungen der Verpackungsindustrie entspricht und der flexibel zur Messung in der Gasphase einsetzt werden kann.In contrast to H 2 O 2 sensors, which cover the high concentration range as well as chemical-analytical laboratory methods that determine low H 2 O 2 concentrations in time and cost, the approach described here allows the realization of a sensor for measuring high and low H 2 O 2 concentrations, which meets the requirements of the packaging industry and which can be used flexibly for measurement in the gas phase.

Ein weiteres Anwendungsbeispiel für den hier vorgestellten Sensor ist die Messung von sehr niedrig konzentriertem H2O2 in der Ausatemluft. Hierbei handelt es sich um einen Biomarker für neutrophile Entzündungserkrankungen in der Lunge. Another application example for the sensor presented here is the measurement of very low concentrated H 2 O 2 in the exhaled air. This is a biomarker for neutrophilic inflammatory diseases in the lung.

Beispielsweise kann unter Verwendung des beschriebenen Ansatzes eine Konzentration von H2O2 gemessen werden, die geringer als 1 ppm, geringer als 0,5 ppm, geringer als 0,3 ppm, geringer als 0,1 ppm oder geringer als 0,05 ppm H2O2 in der Gasphase ist. Gemäß einer Ausführungsform kann eine Konzentration von H2O2 gemessen werden, die zwischen 50 ppm und 0,5 ppm H2O2 in der Gasphase beträgt.For example, using the described approach, a concentration of H 2 O 2 less than 1 ppm, less than 0.5 ppm, less than 0.3 ppm, less than 0.1 ppm, or less than 0.05 ppm can be measured H 2 O 2 is in the gas phase. In one embodiment, a concentration of H 2 O 2 can be measured that is between 50 ppm and 0.5 ppm H 2 O 2 in the gas phase.

Ein entsprechendes Verfahren zum Messen einer Konzentration von Wasserstoffperoxid in einem Fluid umfasst die folgenden Schritte:
Bereitstellen einer Sensoreinrichtung gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche;
Zuführen des Fluids in einen Zwischenraum zwischen der Elektrodeneinrichtung und der ionensensitiven Fläche; und
Erfassen einer, die Konzentration repräsentierenden elektrischen Größe an Source und Drain.A corresponding method for measuring a concentration of hydrogen peroxide in a fluid comprises the following steps:
Providing a sensor device according to one of the preceding claims;
Supplying the fluid into a gap between the electrode means and the ion-sensitive surface; and
Detecting a concentration representing electrical quantity at source and drain.

Dadurch kann eine neuartige Methode zur Messung von geringen H2O2 Konzentrationen in der Gasphase wie auch in der Flüssigphase realisiert werden.As a result, a novel method for measuring low H 2 O 2 concentrations in the gas phase as well as in the liquid phase can be realized.

Unter einer ionensensitiven Struktur kann eine Halbleiterstruktur verstanden werden, die wie ein Feldeffekttransistor in Abhängigkeit eines elektrischen Felds einen Ladungstransport über einen Source-Drain-Kanal ermöglicht, um die elektrische Größe als Messwert zu ermöglichen. Die ionensensitive Fläche ist benachbart zu dem Source-Drain-Kanal angeordnet und dazu ausgebildet, durch Anlagern von vorhandenen Ionen das elektrische Feld bereitzustellen. Die Elektrodeneinrichtung kann durch ihre Katalysatorwirkung die für das elektrische Feld erforderlichen Ionen bereitstellen. Vorteilhafterweise kann ein das Verfahren umsetzender Sensor des Weiteren als allgemeiner pH-Sensor ausgelegt werden. Unter der Annahme, dass H2O2 durch die Platin-Elektrode katalytisch unter Bildung von H+ zersetzt wird, kann bei einem IsFET durch die Auswahl von insbesondere pH-sensitiven Membranen diese Funktion im Vergleich zur reinen ionenselektiven Membran verstärkt werden. An ion-sensitive structure can be understood as a semiconductor structure which, like a field effect transistor in response to an electric field allows charge transport via a source-drain channel to allow the electrical variable as a measured value. The ion-sensitive surface is disposed adjacent to the source-drain channel and configured to provide the electric field by attaching existing ions. The electrode device, by virtue of its catalytic effect, can provide the ions required for the electric field. Advantageously, a sensor implementing the method can furthermore be designed as a general pH sensor. Assuming that H 2 O 2 is catalytically decomposed by the platinum electrode to form H +, this function can be enhanced in an IsFET by selecting especially pH-sensitive membranes compared to the pure ion-selective membrane.

Die Elektrodeneinrichtung kann ein Platinmaterial umfassen. Platin ist ein besonders gut an Wasserstoff-Sauerstoff-Verbindungen wirkender Katalysator. Durch das Platinmaterial können besonders viele Ionen bereitgestellt werden, wodurch eine an dem Sourcekontakt und Drainkontakt abgreifbare, die Konzentration repräsentierende, elektrische Größe einen großen Wertebereich aufweist. Für eine gute Reproduzierbarkeit ist ein fest-fixierter Abstand der Pt-Elektrode zum Transducer wichtig. Desweiteren sollte der Abstand so gering wie möglich gehalten werden.The electrode device may comprise a platinum material. Platinum is a catalyst that works particularly well on hydrogen-oxygen compounds. The platinum material makes it possible to provide a particularly large number of ions, as a result of which an electrical variable which can be tapped off from the source contact and drain contact and has the concentration represents a large value range. For a good reproducibility, a fixed-fixed distance of the Pt electrode to the transducer is important. Furthermore, the distance should be kept as low as possible.

Die Elektrodeneinrichtung kann elektrisch von der ionensensitiven Fläche isoliert sein. Ebenso kann die Elektrodeneinrichtung elektrisch von dem Sourcekontakt und dem Drainkontakt isoliert sein. Dadurch können sich die Ionen in dem Spalt zwischen der ionensensitiven Fläche und der Elektrodeneinrichtung ohne äußere Einflüsse anordnen.The electrode device may be electrically isolated from the ion-sensitive surface. Likewise, the electrode means may be electrically isolated from the source contact and the drain contact. As a result, the ions in the gap between the ion-sensitive surface and the electrode device can be arranged without external influences.

Die Elektrodeneinrichtung kann eine erste Elektrode und zumindest eine weitere Elektrode aufweisen. Durch weitere Elektroden kann eine vergrößerte Reaktionsfläche bereitgestellt werden, was bei gleicher Wasserstoffperoxidkonzentration zu einer höheren Anzahl Ionen und damit zu einem stärkeren elektrischen Feld führt. Eine besonders bevorzugte Ausbildung der Pt-Elektrode besteht in einer vergrößerten Oberfläche durch Mikrostrukturierung. Dies kann beispielsweise durch Lithographie oder Nanoteilchen realisiert werden. Wichtig ist eine hohe Reinheit des Materials.The electrode device may have a first electrode and at least one further electrode. By means of further electrodes, an enlarged reaction surface can be provided, which leads to a higher number of ions and thus to a stronger electric field at the same hydrogen peroxide concentration. A particularly preferred embodiment of the Pt electrode consists in an enlarged surface through microstructuring. This can be realized for example by lithography or nanoparticles. Important is a high purity of the material.

Die ionensensitive Fläche kann elektrisch isolierende Eigenschaften aufweisen. Dadurch kann die Konzentration im Fluid unbeeinflusst von elektrochemischen Reaktionen an der ionensensitiven Struktur gemessen werden. Die ionensensitive Fläche kann ebenfalls mikrostrukturiert sein um eine größere sensitive Fläche zu erzielen. The ion-sensitive surface may have electrically insulating properties. This allows the concentration in the fluid to be measured unaffected by electrochemical reactions on the ion-sensitive structure. The ion-sensitive surface may also be microstructured to achieve a larger sensitive area.

Die ionensensitive Fläche kann als Schicht ausgeführt sein. Beispielsweise kann diese Schicht ein Tantalmaterial umfassen. Neben den low-Performance Gate-Dielektrika SiO2, Al2O3 und Si3N4 können andere high-k Gate-Dielektrika wie ZrO2, La2O3, HfO2 oder TiO2 als Materialien für die ionensensitive Fläche eingesetzt werden. Low-Performance Gate-Dielektrika können Dielektrika mit einer niedrigen Dielektrizitätszahl bezeichnen und low-k Gate-Dielektrika umfassen, die eine niedrigere Dielektrizitätszahl als SiO2 aufweisen. High-k Gate-Dielektrika zeichnen sich dagegen durch eine hohe Dielektrizitätszahl aus.The ion-sensitive surface can be designed as a layer. For example, this layer may comprise a tantalum material. In addition to the low-performance gate dielectrics SiO 2 , Al 2 O 3 and Si 3 N 4 , other high-k gate dielectrics such as ZrO 2 , La 2 O 3 , HfO 2 or TiO 2 can be used as materials for the ion-sensitive surface , Low-performance gate dielectrics may refer to low-dielectric-constant dielectrics and may include low-k gate dielectrics having a lower dielectric constant than SiO 2 . In contrast, high-k gate dielectrics are characterized by a high dielectric constant.

Die Sensoreinrichtung kann eine Kühleinrichtung umfassen, die dazu ausgebildet ist, die Struktur und/oder die Elektrodeneinrichtung zu kühlen. Das Verfahren kann einen Schritt des Kühlens der Elektrodeneinrichtung und/oder der ionensensitiven Fläche aufweisen. Durch die Kühleinrichtung beziehungsweise das Kühlen kann ein Kondensat zwischen der ionensensitiven Fläche und der Elektrodeneinrichtung entstehen. Im Kondensat können sich die Ionen besonders gut bewegen. Dadurch kann die Konzentration schnell und einfach gemessen werden.The sensor device may comprise a cooling device, which is designed to cool the structure and / or the electrode device. The method may include a step of cooling the electrode device and / or the ion-sensitive surface. By the cooling device or the cooling, a condensate between the ion-sensitive surface and the electrode device can arise. In the condensate, the ions can move very well. This allows the concentration to be measured quickly and easily.

Die Sensoreinrichtung kann eine Auswerteeinrichtung umfassen, die mit dem Sourcekontakt und dem Drainkontakt verbunden ist und dazu ausgebildet ist, eine elektrische Größe an dem Sourcekontakt und dem Drainkontakt abzugreifen und die Konzentration von Wasserstoffperoxid unter Verwendung der elektrischen Größe zu bestimmen. Die Auswerteeinrichtung kann einen Zusammenhang zwischen der elektrischen Größe und der Konzentration herstellen. Durch die Auswerteeinrichtung kann eine, die Konzentration von Wasserstoffperoxid in dem Fluid repräsentierende Konzentrationsinformation bereitgestellt werden.The sensor device may comprise an evaluation device, which is connected to the source contact and the drain contact and is adapted to tap an electrical variable at the source contact and the drain contact and to determine the concentration of hydrogen peroxide using the electrical variable. The evaluation device can establish a relationship between the electrical quantity and the concentration. By means of the evaluation device, a concentration information representing the concentration of hydrogen peroxide in the fluid can be provided.

Weitere Ausführungsformen der Sensoreinrichtung können Sensor-Arrays darstellen. Dies kann eine Kombination eines original H2O2 Sensors mit einem pH-insensitiven Sensor sein oder alternativ mit einem H2O2 sensitivem Biosensor sein. Die erstgenannte Variante stellt eine Negativ-Kontrolle dar, während zweitgenannte Variante eine Doppelbestimmung von H2O2 sein kann.Further embodiments of the sensor device can represent sensor arrays. This may be a combination of an original H 2 O 2 sensor with a pH-insensitive sensor or alternatively with a H 2 O 2- sensitive biosensor. The former variant represents a negative control, while the second-mentioned variant can be a double determination of H 2 O 2 .

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and explained in more detail in the following description. It shows:

1 ein Blockschaltbild einer Sensoreinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel; 1 a block diagram of a sensor device according to an embodiment;

2 eine Darstellung einer Sensoreinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel; 2 an illustration of a sensor device according to an embodiment;

3 eine Darstellung eines Spannungsverlaufs an einer Sensoreinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel; 3 a representation of a voltage waveform at a sensor device according to an embodiment;

4 eine Darstellung eines Zusammenhangs einer elektrischen Spannung an einer Sensoreinrichtung und einer Konzentration von Wasserstoffperoxid in einem Fluid; und 4 a representation of a relationship of an electrical voltage to a sensor device and a concentration of hydrogen peroxide in a fluid; and

5 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Messen einer Konzentration von Wasserstoffperoxid in einem Fluid gemäß einem Ausführungsbeispiel. 5 a flow chart of a method for measuring a concentration of hydrogen peroxide in a fluid according to an embodiment.

In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.In the following description of favorable embodiments of the present invention, the same or similar reference numerals are used for the elements shown in the various figures and similar acting, wherein a repeated description of these elements is omitted.

1 zeigt ein Blockschaltbild einer Sensoreinrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Sensoreinrichtung 100 ist dazu ausgebildet, im Betrieb eine Konzentration von Wasserstoffperoxid 102 in einem Fluid 104 zu messen. Hier ist das Fluid 104 ein Gas, welches einen zu bestimmenden Anteil an Wasserstoffperoxid 102 aufweist. Beispielsweise kann das Gas 104 eine Sterilisationsatmosphäre zum Sterilisieren von Gegenständen vor dem Verpacken sein. Ebenso kann das Gas 104 eine Ausatemluft einer Person mit einer Entzündungserkrankung sein. Die Sensoreinrichtung 100 weist eine ionensensitive Struktur 106 und eine Elektrodeneinrichtung 108 auf. Die Elektrodeneinrichtung 108 ist in dem Fluid 104 angeordnet und wird von dem Fluid 104 umspült. Die ionensensitive Struktur 106 ist eine Halbleiterstruktur, die einen in einem Substrat 110 eingebetteten Sourcekontakt 112 und dazu beabstandet einen in dem Substrat 110 eingebetteten Drainkontakt 114 aufweist. Zwischen dem Sourcekontakt 112 und dem Drainkontakt 114 ist auf einer, der Elektrodeneinrichtung 108 zugewandten Oberfläche des Substrats 110 eine ionensensitive Fläche 116 angeordnet. Im Bereich der ionensensitiven Fläche 116 ist zwischen dem Sourcekontakt 112 und dem Drainkontakt 114 in dem Substrat 110 ein Source-Drain-Kanal 118 ausgebildet, der eine von einem an der ionensensitiven Fläche 116 wirkenden elektrischen Feld abhängige elektrische Leitfähigkeit aufweist. Mit anderen Worten ist die ionensensitive Struktur 106 eine Feldeffektstruktur 106. 1 shows a block diagram of a sensor device 100 according to an embodiment. The sensor device 100 is designed to operate in a concentration of hydrogen peroxide 102 in a fluid 104 to eat. Here is the fluid 104 a gas which has a certain amount of hydrogen peroxide 102 having. For example, the gas 104 a sterilizing atmosphere for sterilizing objects before packaging. Likewise, the gas 104 be an exhaled air of a person with an inflammatory disease. The sensor device 100 has an ion-sensitive structure 106 and an electrode device 108 on. The electrode device 108 is in the fluid 104 arranged and is from the fluid 104 lapped. The ion-sensitive structure 106 is a semiconductor structure, the one in a substrate 110 embedded source contact 112 and spaced one in the substrate 110 embedded drain contact 114 having. Between the source contact 112 and the drain contact 114 is on one, the electrode device 108 facing surface of the substrate 110 an ion-sensitive surface 116 arranged. In the area of the ion-sensitive surface 116 is between the source contact 112 and the drain contact 114 in the substrate 110 a source-drain channel 118 formed, one of a at the ion-sensitive surface 116 having acting electric field dependent electrical conductivity. In other words, the ion-sensitive structure 106 a field effect structure 106 ,

Die Elektrodeneinrichtung 108 ist in einem geringen Abstand zu der ionensensitiven Fläche 116 angeordnet. Die Elektrodeneinrichtung 108 ist elektrisch von der Feldeffektstruktur 106 isoliert. Die Elektrodeneinrichtung 108 wirkt als Katalysator zum Zerlegen des Wasserstoffperoxids 102 in seine Ionen Wasserstoff 120 und Sauerstoff 122. Die Ionen 120, 122 sind elektrische Ladungsträger und beeinflussen das elektrische Feld in dem Source-Drain-Kanal 118. Damit beeinflusst eine Menge der Ionen 120, 122 eine elektrische Größe 124 zwischen den Sourcekontakt 112 und dem Drainkontakt 114. The electrode device 108 is at a small distance to the ion-sensitive surface 116 arranged. The electrode device 108 is electrically from the field effect structure 106 isolated. The electrode device 108 acts as a catalyst for decomposing the hydrogen peroxide 102 into its ions hydrogen 120 and oxygen 122 , The ions 120 . 122 are electrical charge carriers and affect the electric field in the source-drain channel 118 , This affects a lot of the ions 120 . 122 an electrical size 124 between the source contact 112 and the drain contact 114 ,

In einem Ausführungsbeispiel ist die ionensensitive Fläche 116 dazu ausgebildet, entweder die Wasserstoffionen 120 oder die Sauerstoffionen 122 anzulagern, während die Elektrodeneinrichtung 108 dazu ausgebildet ist, die jeweils anderen Ionen anzulagern. Dadurch erfolgt eine Ladungstrennung im Spalt zwischen der Fläche 116 und der Elektrodeneinrichtung 108. Die Ladungstrennung bewirkt eine Verstärkung des elektrischen Felds, das die elektrische Größe 124 im Source-Drain-Kanal 118 beeinflusst. In one embodiment, the ion-sensitive surface is 116 designed to either the hydrogen ions 120 or the oxygen ions 122 accumulate while the electrode device 108 is designed to accumulate the other ions. This results in a charge separation in the gap between the surface 116 and the electrode device 108 , The charge separation causes an amplification of the electric field, the electrical size 124 in the source-drain channel 118 affected.

Die Menge an Ionen 120, 122 steht im Gleichgewicht zu der zu messenden Konzentration des Wasserstoffperoxids 124. Damit ist die durch das resultierende elektrische Feld beeinflusste elektrische Größe 124 abhängig von der Konzentration des Wasserstoffperoxids 124. The amount of ions 120 . 122 is in equilibrium with the concentration of hydrogen peroxide to be measured 124 , Thus, the electrical quantity influenced by the resulting electric field is 124 depending on the concentration of hydrogen peroxide 124 ,

In einem Ausführungsbeispiel weist die Sensoreinrichtung 100 eine Kühleinrichtung 126 auf. Die Kühleinrichtung 126 ist thermisch leitend mit dem Substrat 110 und alternativ oder ergänzend mit der Elektrodeneinrichtung 108 verbunden. Die Kühleinrichtung 126 ist dazu ausgebildet, die ionensensitive Struktur 106 und/oder die Elektrodeneinrichtung 108 zumindest im Bereich der ionensensitiven Fläche 116 soweit zu kühlen, dass sich zwischen der Elektrodeneinrichtung 108 und der ionensensitiven Fläche 116 ein Kondensattropfen 128 ausbildet, der sowohl die Elektrodeneinrichtung 108, als auch die ionensensitive Fläche 116 berührt. Durch eine Kapillarwirkung zwischen der Elektrodeneinrichtung 108 und der ionensensitiven Fläche 116 wird der Kondensattropfen 128 im Bereich der ionensensitiven Fläche 116 festgehalten. In dem Kondensattropfen 128 können sich die Ionen 120, 122 entsprechend ihrer elektrischen Ladung verteilen, wodurch das elektrische Feld verstärkt wird. In one embodiment, the sensor device 100 a cooling device 126 on. The cooling device 126 is thermally conductive to the substrate 110 and alternatively or in addition to the electrode device 108 connected. The cooling device 126 is designed to be the ion-sensitive structure 106 and / or the electrode device 108 at least in the area of the ion-sensitive surface 116 so far cool that between the electrode device 108 and the ion-sensitive surface 116 a condensate drop 128 which forms both the electrode device 108 , as well as the ion-sensitive surface 116 touched. By a capillary action between the electrode device 108 and the ion-sensitive surface 116 becomes the condensate drop 128 in the area of the ion-sensitive surface 116 recorded. In the condensate drop 128 can the ions 120 . 122 distribute according to their electrical charge, whereby the electric field is amplified.

Die elektrische Größe 124 wird durch eine Auswerteeinrichtung 130 ausgewertet. Die Auswerteeinrichtung 130 prägt dazu der ionensensitiven Struktur 106 beispielsweise einen elektrischen Stromfluss durch den Source-Drain-Kanal 118 auf und erfasst eine aufgrund der Konzentration des Wasserstoffperoxids 102 resultierende elektrische Spannung 124. Ebenso kann die Auswerteeinrichtung eine elektrische Spannung an den Sourcekontakt 112 und den Drainkontakt 114 anlegen und den resultierenden Stromfluss 124 erfassen. Die Auswerteeinrichtung 130 stellt eine, die Konzentration des Wasserstoffperoxids 102 in dem Fluid 104 repräsentierende Konzentrationsinformation 132 bereit.The electrical size 124 is through an evaluation 130 evaluated. The evaluation device 130 imprints the ion-sensitive structure 106 for example, an electrical current flow through the source-drain channel 118 and detects a due to the concentration of hydrogen peroxide 102 resulting electrical voltage 124 , Likewise, the evaluation device can supply an electrical voltage to the source contact 112 and the drain contact 114 create and the resulting current flow 124 to capture. The evaluation device 130 represents one, the concentration of hydrogen peroxide 102 in the fluid 104 representing concentration information 132 ready.

Durch den hier vorgestellten Ansatz kann niedrig konzentriertes H2O2 102 in der Gasphase gemessen werden. Der dazu verwendete Sensor 100 ist aus einem ionensensitiven Feldeffekttransistor 106 aufgebaut, der mit einer vom Gate 116 abgehobenen, nicht kontaktierten Elektrode 108 als Elektrodeneinrichtung 108 versehen ist. Die Messung basiert auf einer Zersetzungsreaktion von H2O2 102 an der abgehobenen Elektrode 108. Die resultierenden Ladungsänderungen werden über den Transistor 106 ausgelesen.The approach presented here allows low-concentration H 2 O 2 102 be measured in the gas phase. The sensor used for this purpose 100 is from an ion-sensitive field-effect transistor 106 built with one from the gate 116 lifted, not contacted electrode 108 as electrode device 108 is provided. The measurement is based on a decomposition reaction of H 2 O 2 102 at the raised electrode 108 , The resulting charge changes are via the transistor 106 read.

Um in der Gasphase direkt H2O2 102 zu messen, kann die Sensoroberfläche 116 gekühlt werden, um eine geringe Menge an Kondensat 128 zu generieren. Der geringe Abstand von Gate 116 und abgehobener Elektrode 108 erlaubt eine Messung mit sehr geringen Mengen an Kondensat 128. Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Elektrode 108 eine Mikrostrukturierung zur Vergrößerung der wirksamen Oberfläche der Elektrode 108 auf. Eine entsprechende Mikrostrukturierung ist gemäß einem Ausführungsbeispiel zusätzlich oder alternativ an der ionensensitiven Fläche 116 vorgesehen.In the gas phase directly H 2 O 2 102 can measure the sensor surface 116 be cooled to a small amount of condensate 128 to generate. The small distance from gate 116 and lifted electrode 108 allows a measurement with very small amounts of condensate 128 , According to one embodiment, the electrode 108 a microstructuring to increase the effective surface of the electrode 108 on. A corresponding microstructuring according to an embodiment additionally or alternatively to the ion-sensitive surface 116 intended.

Es wird eine Vorrichtung 100 vorgestellt, die die Durchführung einer Messung von H2O2 102 in der Gasphase in niedrigen Konzentrationen erlaubt.It becomes a device 100 presented carrying out a measurement of H 2 O 2 102 allowed in the gas phase in low concentrations.

Der chemische Sensor 100 besteht aus einem ionensensitiven Feldeffekttransistor 106 sowie einer vom Gate 116 abgehobenen, nicht kontaktierten Elektrode 108. The chemical sensor 100 consists of an ion-sensitive field effect transistor 106 as well as one from the gate 116 lifted, not contacted electrode 108 ,

Bei dem hier vorgestellten Ansatz wird eine neue Anordnung eines IsFETs 106 mit abgehobener Elektrode 108 zur Messung von H2O2 in der Gasphase verwendet. Der Aufbau ist dabei näherungsweise vergleichbar mit einem Suspended Gate GasFET. Der IsFET 106 selbst kann zur Messung gekühlt werden, um eine minimale Menge Kondensat 128 als flüssige Probe zu generieren. Dieser Tropfen 128 kann den Raum zwischen der IsFET Oberfläche 116 und der abgehobenen Elektrode 108 ausfüllen. Ebenso kann alternativ zum Einsatz eines gekühlten Chips 106 zur Generierung von Kondensat 128 auf die Kondensation verzichtet werden und in der Gasphase gemessen werden.The approach presented here is a new arrangement of an IsFET 106 with lifted electrode 108 used for the measurement of H 2 O 2 in the gas phase. The structure is approximately comparable to a suspended gate gasFET. The IsFET 106 itself can be cooled for measurement to a minimum amount of condensate 128 to generate as a liquid sample. This drop 128 Can the space between the IsFET surface 116 and the lifted electrode 108 fill out. Likewise, as an alternative to using a cooled chip 106 for the generation of condensate 128 be dispensed with the condensation and measured in the gas phase.

Der hier vorgestellte Ansatz erlaubt die Messung von sehr niedrig konzentriertem H2O2 102 direkt in der Gasphase, was bisher nur über konventionelle, nicht fertigungstaugliche Laborverfahren möglich ist.The approach presented here allows the measurement of very low concentrated H 2 O 2 102 directly in the gas phase, which has hitherto only been possible with conventional, non-production-compatible laboratory methods.

Der Sensor 100 kann als miniaturisiertes low-cost Einwegprodukt beziehungsweise Disposable ausgeführt werden und flexibel in Fertigungslinien integriert werden.The sensor 100 can be designed as a miniaturized low-cost disposable product or disposable and flexibly integrated into production lines.

Der Sensor 100 kann einfach ausgetauscht werden.The sensor 100 can be easily exchanged.

2 zeigt eine Darstellung einer Sensoreinrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Sensoreinrichtung 100 entspricht im Wesentlichen der Sensoreinrichtung in 1. Die ionensensitive Struktur 106 ist hier als Feldeffekttransistor FET 106 ausgebildet. Zusätzlich weist die ionensensitive Struktur 106 an der ionensensitiven Fläche 116 eine elektrisch isolierende Schicht 200 auf. Hier ist die Schicht 200 aus Tantal(V)-oxid Ta2O5, die verhindert, dass elektrisch Ladungen der Ionen die elektrische Größe 124 verfälschen. 2 shows a representation of a sensor device 100 according to an embodiment. The sensor device 100 essentially corresponds to the sensor device in 1 , The ion-sensitive structure 106 is here as field effect transistor FET 106 educated. In addition, the ion-sensitive structure exhibits 106 at the ion-sensitive surface 116 an electrically insulating layer 200 on. Here is the layer 200 Made of tantalum (V) oxide Ta 2 O 5 , which prevents electric charges of the ions of electrical size 124 distort.

Die Elektrodeneinrichtung 108 besteht hier aus einer ersten stabförmigen Platinelektrode 202 und einer zweiten stabförmigen Platinelektrode 204, die beabstandet zueinander in geringem Abstand zu der ionensensitiven Fläche 116 in dem Fluid 104 angeordnet sind. Beide Elektroden 202, 204 sind elektrisch nicht angeschlossen. The electrode device 108 consists here of a first rod-shaped platinum electrode 202 and a second rod-shaped platinum electrode 204 spaced apart from each other at a small distance from the ion-sensitive surface 116 in the fluid 104 are arranged. Both electrodes 202 . 204 are not connected electrically.

Die Auswerteeinrichtung 130 ist hier ein Operationsverstärker 130, an dessen Ausgang eine Ausgangsspannung Uout 132 gegen Masse die Konzentration des Wasserstoffperoxids in dem Fluid 104 repräsentiert. The evaluation device 130 Here is an operational amplifier 130 , at whose output an output voltage U out 132 to mass, the concentration of hydrogen peroxide in the fluid 104 represents.

In einem Ausführungsbeispiel ist zwischen der elektrisch isolierenden Schicht 200 und den Elektroden 202, 204 eine weitere Schicht 206 angeordnet. Diese weitere Schicht 206 besteht hier aus Osmium Polyvinylpyrrolidon Os-PVP 206. In one embodiment, between the electrically insulating layer 200 and the electrodes 202 . 204 another layer 206 arranged. This further layer 206 consists here of osmium polyvinylpyrrolidone Os-PVP 206 ,

Die abgehobene Elektrode 202, 204 besteht aus Platin Pt und kann beispielsweise die Form eines Drahts oder Plättchens aufweisen. Es besteht kein Kontakt zwischen Gateoberfläche 116 und abgehobener Elektrode 202, 204. Der IsFET 106 ist mit einer Kühlung versehen, um die Temperatur auf der Gateoberfläche 116 zu regulieren. Dies kann beispielsweise durch ein Peltierelement realisiert werden. Die Gasumgebung 104 hat ca. Raumtemperatur. Für eine Kondensation wird der Chip 106 beispielsweise auf ca. 0 °C bis 5 °C gekühlt.The lifted electrode 202 . 204 consists of platinum Pt and may, for example, have the form of a wire or plate. There is no contact between the gate surface 116 and lifted electrode 202 . 204 , The IsFET 106 is provided with a cooling to the temperature on the gate surface 116 to regulate. This can be realized for example by a Peltier element. The gas environment 104 has about room temperature. For a condensation, the chip 106 for example, cooled to about 0 ° C to 5 ° C.

An der Gateoberfläche 116 kondensiert eine gasförmige Probe, die eine niedrige Konzentration an H2O2 aufweist zu einem Kondensat. Im Falle der Sterilisationstechnik liegt die Konzentration des H2O2 zwischen 50 ppm und 0,5 ppm H2O2 in der Gasphase. Der Sensor 100 misst eine abnehmende Konzentration an H2O2 über die Zeit. Dieser Gradient wird durch Ausspülen schrittweise reduziert.At the gate surface 116 condenses a gaseous sample, which has a low concentration of H 2 O 2 to a condensate. In the case of the sterilization technique, the concentration of H 2 O 2 is between 50 ppm and 0.5 ppm H 2 O 2 in the gas phase. The sensor 100 measures a decreasing concentration of H 2 O 2 over time. This gradient is gradually reduced by rinsing.

Die Anordnung der abgehobenen Elektrode 202, 204 unmittelbar über dem ionenselektiven Feldeffekttransistor 106 unterstützt die Bindung des Kondensattropfens an der sensitiven Oberfläche 116. Die Messung beginnt, sobald der Kondensattropfen ausreichend groß ist um die Gateoberfläche 116 mit der abgehobenen Elektrode 202, 204 leitfähig zu verbinden. The arrangement of the lifted electrode 202 . 204 immediately above the ion selective field effect transistor 106 supports the binding of the condensate drop to the sensitive surface 116 , The measurement starts as soon as the condensate drop is sufficiently large around the gate surface 116 with the lifted electrode 202 . 204 conductive to connect.

Ist H2O2 in der Probe 104 anwesend, so wird dies an der abgehobenen Pt-Elektrode 202, 204 katalytisch zersetzt. Die dabei entstehenden Ladungen werden über eine Ladungsänderung an der Gateoberfläche 116 durch den Transistor 106 ausgelesen.Is H 2 O 2 in the sample 104 present, this is at the lifted Pt electrode 202 . 204 catalytically decomposed. The resulting charges are via a charge change on the gate surface 116 through the transistor 106 read.

Über eine Kalibrierung kann eine automatische Auswertung etabliert werden, die Min/Max oder Schwellwerte anzeigt beziehungsweise eine Alarmfunktion darstellen kann.A calibration can be used to establish an automatic evaluation which displays min / max or threshold values or can represent an alarm function.

Ohne Kühlung erfolgt eine katalytische Zersetzung von H2O2 in der Gasphase. Die entstehenden Ladungen können ebenso wie im Tropfen über den FET 106 gemessen werden. Dabei kann der Chip 106 wie ein GasFET ausgestaltet sein.Without cooling, a catalytic decomposition of H 2 O 2 takes place in the gas phase. The resulting charges can as well as in the drop over the FET 106 be measured. This can be the chip 106 be designed as a gas FET.

Der hier vorgestellte Ansatz kann bei Sensoren zur Überwachung der H2O2 Konzentration während Verpackungsprozessen verwendet werden. Ebenso kann der hier vorgestellte Ansatz als alternatives Sensorkonzept zur Messung von H2O2 im Atemgas verwendet werden.The approach presented here can be used in sensors for monitoring the H 2 O 2 concentration during packaging processes. Likewise, the approach presented here can be used as an alternative sensor concept for the measurement of H 2 O 2 in the breathing gas.

3 zeigt eine Darstellung eines Spannungsverlaufs 300 an einer Sensoreinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel. Der Spannungsverlauf 300 repräsentiert eine unter Verwendung der Sensoreinrichtung erfasste Messreihe bei ansteigenden Konzentrationen von Wasserstoffperoxid in einem Messfluid. Es sind drei ähnliche, an drei unterschiedlichen Sensoreinrichtungen erfasste Spannungsverläufe 300 der Messreihe dargestellt. Die Spannungsverläufe 300 sind in einem Diagramm aufgetragen, das auf seiner Abszisse eine Zeit in Minuten [min] und auf seiner Ordinate eine normalisierte Ausgangsspannung in Millivolt [mV] aufgetragen hat. Die Spannungsverläufe 300 zeigen, dass die Konzentrationsmessung reproduzierbar ist. In der Messreihe wird dem Fluid nach einer anfänglichen Wartezeit von 15 Minuten eine Menge Wasserstoffperoxid zudosiert, sodass sich eine Konzentration von einem Mikromol pro Volumeneinheit [µM] einstellt. Ab jetzt werden dem Fluid alle fünf Minuten weitere Mengen Wasserstoffperoxid zudosiert, sodass sich Konzentrationen von fünf Mikromol pro Volumeneinheit [µM], zehn Mikromol pro Volumeneinheit [µM], 20 Mikromol pro Volumeneinheit [µM], 30 Mikromol pro Volumeneinheit [µM], 40 Mikromol pro Volumeneinheit [µM], 50 Mikromol pro Volumeneinheit [µM], 100 Mikromol pro Volumeneinheit [µM] und 200 Mikromol pro Volumeneinheit [µM] einstellen. Jeweils nach einer Homogenisierungszeit liegen an allen Sensoreinrichtungen vergleichbare Ausgangsspannungen an. 3 shows a representation of a voltage curve 300 on a sensor device according to an embodiment. The voltage curve 300 represents a series of measurements taken using the sensor device with increasing concentrations of hydrogen peroxide in a measuring fluid. There are three similar, recorded at three different sensor devices voltage waveforms 300 the series of measurements. The voltage curves 300 are plotted on a graph plotted on its abscissa for a time in minutes [min] and on its ordinate a normalized output voltage in millivolts [mV]. The voltage curves 300 show that the concentration measurement is reproducible. In the series of measurements, a quantity of hydrogen peroxide is added to the fluid after an initial waiting period of 15 minutes, so that a concentration of one micromole per volume unit [μM] is established. From now on, additional volumes of hydrogen peroxide are added to the fluid every five minutes, resulting in concentrations of five micromoles per unit volume [μM], ten micromoles per unit volume [μM], 20 micromoles per unit volume [μM], 30 micromoles per unit volume [μM], 40 Adjust micromoles per unit volume [μM], 50 micromoles per unit volume [μM], 100 micromoles per unit volume [μM] and 200 micromoles per unit volume [μM]. After each homogenization time, comparable output voltages are applied to all sensor devices.

4 zeigt eine Darstellung eines Zusammenhangs 400 einer elektrischen Spannung an einer Sensoreinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel und einer Konzentration von Wasserstoffperoxid in einem Fluid. Drei ähnliche Zusammenhänge 400 ergeben sich aus den drei Spannungsverläufen in 3. Dabei sind die Zusammenhänge 400 in einem Konzentrations-Spannungs-Diagramm aufgetragen, das auf der Abszisse die logarithmische Konzentration in Mikromol pro Volumeneinheit [µM] und auf der Ordinate die normalisierte Ausgangsspannung in Millivolt [mV] aufgetragen hat. Die Zusammenhänge 400 sind als einzelne Messpunkte dargestellt. Die Zusammenhänge 400 ergeben jeweils eine im Wesentlichen lineare Kurve, wobei die Kurven der Zusammenhänge 400 sehr ähnlich sind und wenig divergieren. 4 shows a representation of a context 400 an electrical voltage to a sensor device according to an embodiment and a concentration of hydrogen peroxide in a fluid. Three similar relationships 400 arise from the three voltage curves in 3 , Here are the connections 400 in a concentration-voltage diagram plotted on the abscissa the logarithmic concentration in micromoles per unit volume [μM] and on the ordinate the normalized output voltage in millivolts [mV]. Contexts 400 are shown as individual measuring points. Contexts 400 each result in a substantially linear curve, the curves of the relationships 400 are very similar and diverge little.

Bei der hier dargestellten Messreihe wurde ein ionensensitiver Feldeffekttransistor mit 50 mm × 5 mm × 2 mm eingesetzt, wobei die sensitive Fläche 1,2 × 3 × 0,3 mm beträgt. Die angegebenen Maße sind beispielhaft. Die Gateoberfläche ist isolierend und kann, wie in 2 gezeigt, beispielsweise als Ta2O5 ausgeführt sein. Der Sensorchip selbst ist aus Si aufgebaut.In the series of measurements shown here, an ion-sensitive field effect transistor with 50 mm × 5 mm × 2 mm was used, the sensitive area being 1.2 × 3 × 0.3 mm. The dimensions given are exemplary. The gate surface is insulating and can, as in 2 shown, for example, be designed as Ta 2 O 5 . The sensor chip itself is made of Si.

In der dargestellten Messreihe ist der Sensor als MosFET mit konstantem Strom I zwischen Drain und Source betrieben worden. In the illustrated series of measurements, the sensor has been operated as a constant current MOSFET I between drain and source.

Es ist eine Messreihe mit H2O2 Lösung gezeigt. Eine Nachweisgrenze von 0,5 µM H2O2 ist reproduzierbar.A series of measurements with H 2 O 2 solution is shown. A detection limit of 0.5 μM H 2 O 2 is reproducible.

5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 500 zum Messen einer Konzentration von Wasserstoffperoxid in einem Fluid gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Verfahren 500 weist einen Schritt 502 des Bereitstellens, einen Schritt 504 des Zuführens und einen Schritt 506 des Erfassens auf. Im Schritt 502 des Bereitstellens wird eine Sensoreinrichtung, wie sie beispielsweise in den 1 und 2 dargestellt ist, bereitgestellt. Im Schritt 504 des Zuführens wird das Fluid in einen Zwischenraum zwischen der Elektrodeneinrichtung und der ionensensitiven Fläche zugeführt. Dabei kann beispielsweise die Sensoreinrichtung in das Fluid eingebracht werden. Ebenso kann ein Fluidstrom auf die Sensoreinrichtung gerichtet sein oder das Fluid kann in einen Messbehälter, der die Sensoreinrichtung aufweist, eingefüllt werden. Im Schritt 506 des Erfassens wird eine, die Konzentration repräsentierende elektrische Größe an dem Sourcekontakt und dem Drainkontakt der Sensoreinrichtung erfasst. 5 shows a flowchart of a method 500 for measuring a concentration of hydrogen peroxide in a fluid according to an embodiment. The procedure 500 has a step 502 of providing a step 504 of feeding and one step 506 of grasping. In step 502 the provision of a sensor device, as for example in the 1 and 2 is shown provided. In step 504 when feeding, the fluid is supplied into a gap between the electrode means and the ion-sensitive surface. In this case, for example, the sensor device can be introduced into the fluid. Likewise, a fluid flow may be directed to the sensor device or the fluid may be introduced into a measuring container having the sensor device. In step 506 the detection detects an electrical quantity representing the concentration at the source contact and the drain contact of the sensor device.

Unter Vorgabe eines Minimalwerts und/oder eines Maximalwerts beziehungsweise Schwellwerten kann ein automatisiertes Ausleseverfahren ausgeführt werden. Das Ausleseverfahren kann eine Alarmfunktion umfassen.Under specification of a minimum value and / or a maximum value or threshold values, an automated readout method can be executed. The readout method may include an alarm function.

Der Sensor ist kalibrierbar. Eine Kalibrierung ist mittels flüssiger H2O2 Lösung möglich. Das Verfahren kann semi-quantitativ und quantitativ ausgeführt werden.The sensor can be calibrated. Calibration is possible by means of liquid H 2 O 2 solution. The process can be carried out semi-quantitatively and quantitatively.

Die Sensorfunktion ist durch eine Temperatur an der Gate-Oberfläche steuerbar. Durch Kühlung ist die Messung in der Gasphase möglich. Ohne Kühlung kann der Sensor deaktiviert werden.The sensor function is controllable by a temperature at the gate surface. By cooling the measurement in the gas phase is possible. Without cooling, the sensor can be deactivated.

Der Sensor kann auch für H2O2 Messungen direkt in der Flüssigphase eingesetzt werden.The sensor can also be used for H 2 O 2 measurements directly in the liquid phase.

Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.If an exemplary embodiment comprises a "and / or" link between a first feature and a second feature, then this is to be read so that the embodiment according to one embodiment, both the first feature and the second feature and according to another embodiment either only first feature or only the second feature.

Claims (12)

Sensoreinrichtung (100) zum Messen einer Konzentration von Wasserstoffperoxid (102) in einem Fluid (104), wobei die Sensoreinrichtung (100) die folgenden Merkmale aufweist: eine ionensensitive Struktur(106), die einen Sourcekontakt (112), einen Drainkontakt (114) und eine zwischen dem Sourcekontakt (112) und dem Drainkontakt (114) angeordnete ionensensitive Fläche (116) aufweist; und eine von der ionensensitiven Fläche (116) der Struktur (106) beabstandete, in dem Fluid (104) anordenbare, für Wasserstoffperoxid (102) als Katalysator wirkende Elektrodeneinrichtung (108).Sensor device ( 100 ) for measuring a concentration of hydrogen peroxide ( 102 ) in a fluid ( 104 ), wherein the sensor device ( 100 ) has the following characteristics: an ion-sensitive structure ( 106 ), which has a source contact ( 112 ), a drain contact ( 114 ) and one between the source contact ( 112 ) and the drain contact ( 114 ) arranged ion-sensitive surface ( 116 ) having; and one of the ion-sensitive surface ( 116 ) of the structure ( 106 ), in the fluid ( 104 ) disposable, for hydrogen peroxide ( 102 ) acting as a catalyst electrode device ( 108 ). Sensoreinrichtung (100) gemäß Anspruch 1, bei der die Elektrodeneinrichtung (108) ein Platinmaterial umfasst.Sensor device ( 100 ) according to claim 1, wherein the electrode device ( 108 ) comprises a platinum material. Sensoreinrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei der die Elektrodeneinrichtung (108) elektrisch von der ionensensitiven Fläche (116) isoliert ist.Sensor device ( 100 ) according to one of the preceding claims, in which the electrode device ( 108 ) electrically from the ion-sensitive surface ( 116 ) is isolated. Sensoreinrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei der die Elektrodeneinrichtung (108) eine erste Elektrode (202) und zumindest eine weitere Elektrode (204) aufweist.Sensor device ( 100 ) according to one of the preceding claims, in which the electrode device ( 108 ) a first electrode ( 202 ) and at least one further electrode ( 204 ) having. Sensoreinrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei der die ionensensitive Fläche (116) elektrisch isolierende Eigenschaften aufweist. Sensor device ( 100 ) according to one of the preceding claims, in which the ion-sensitive surface ( 116 ) has electrically insulating properties. Sensoreinrichtung (100) gemäß Anspruch 5, bei der die ionensensitive Fläche (116) als Schicht (200) ausgeführt ist, die ein Tantalmaterial umfasst.Sensor device ( 100 ) according to claim 5, wherein the ion-sensitive surface ( 116 ) as a layer ( 200 ) comprising a tantalum material. Sensoreinrichtung (100) gemäß Anspruch 5, bei der die ionensensitive Fläche (116) low-Performance Gate-Dielektrika, insbesondere SiO2, Al2O3 oder Si3N4, oder high-k Gate-Dielektrika, insbesondere ZrO2, La2O3, HfO2 oder TiO2, umfasst.Sensor device ( 100 ) according to claim 5, wherein the ion-sensitive surface ( 116 ) Low-performance gate dielectrics, in particular SiO 2 , Al 2 O 3 or Si 3 N 4 , or high-k gate dielectrics, in particular ZrO 2 , La 2 O 3 , HfO 2 or TiO 2 comprises. Sensoreinrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einer Kühleinrichtung (126), die dazu ausgebildet ist, die Struktur (106) und/oder die Elektrodeneinrichtung (108) zu kühlen.Sensor device ( 100 ) according to one of the preceding claims, with a cooling device ( 126 ), which is adapted to the structure ( 106 ) and / or the electrode device ( 108 ) to cool. Sensoreinrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einer Auswerteeinrichtung (130), die mit dem Sourcekontakt (112) und dem Drainkontakt (114) verbunden ist und dazu ausgebildet ist, eine elektrische Größe (124) an dem Sourcekontakt (112) und dem Drainkontakt (114) abzugreifen und die Konzentration von Wasserstoffperoxid (102) unter Verwendung der elektrischen Größe (124) zu bestimmen.Sensor device ( 100 ) according to one of the preceding claims, with an evaluation device ( 130 ) connected to the source contact ( 112 ) and the drain contact ( 114 ) and is adapted to an electrical size ( 124 ) at the source contact ( 112 ) and the drain contact ( 114 ) and the concentration of hydrogen peroxide ( 102 ) using the electrical quantity ( 124 ). Verfahren (500) zum Messen einer Konzentration von Wasserstoffperoxid (102) in einem Fluid (104), wobei das Verfahren (500) die folgenden Schritte aufweist: Bereitstellen (502) einer Sensoreinrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche; Zuführen (504) des Fluids (104) in einen Zwischenraum zwischen der Elektrodeneinrichtung (108) und der ionensensitiven Fläche (116); und Erfassen (506) einer, die Konzentration repräsentierenden elektrischen Größe (124) an dem Sourcekontakt (112) und dem Drainkontakt (114).Procedure ( 500 ) for measuring a concentration of hydrogen peroxide ( 102 ) in a fluid ( 104 ), the process ( 500 ) comprises the following steps: providing ( 502 ) a sensor device ( 100 ) according to one of the preceding claims; Respectively ( 504 ) of the fluid ( 104 ) in a gap between the electrode device ( 108 ) and the ion-sensitive surface ( 116 ); and capture ( 506 ) of an electrical variable representing the concentration ( 124 ) at the source contact ( 112 ) and the drain contact ( 114 ). Verfahren gemäß Anspruch 9, mit einem Schritt des Kühlens der Elektrodeneinrichtung (108) und/oder der ionensensitiven Fläche (116). Method according to claim 9, comprising a step of cooling the electrode device ( 108 ) and / or the ion-sensitive surface ( 116 ). Verwenden eines ionensensitiven Feldeffekttransistors (106) zum Messen einer Konzentration von Wasserstoffperoxid (102) in einem Fluid (104).Using an ion-sensitive field effect transistor ( 106 ) for measuring a concentration of hydrogen peroxide ( 102 ) in a fluid ( 104 ).
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