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Original title:
Hoch-K-Materialien in der Elektrolyt/Isolator/Silizium-Konfiguration
Original subtitle:
Charakterisierung und Anwendung in der Bioelektronik
Translated title:
High-k materials in the electrolyte/insulator/silicon configuration
Translated subtitle:
characterization and application in bioelectronics
Author:
Wallrapp, Frank
Year:
2006
Document type:
Dissertation
Institution:
Fakultät für Physik
Advisor:
Fromherz, Peter (Prof. Dr.)
Referee:
Bausch, Andreas (Prof. Dr.)
Language:
de
Subject group:
PHY Physik
Abstract:
Diese Arbeit thematisiert die kapazitive Stimulation von adhärierten Nervenzellen mittels Halbleiterchips. Die Kapazität der Stimulationschips wird durch den Einsatz der Materialien TiO2 und HfO2, welche eine hohe Dielektrizitätskonstante besitzen, erhöht.
Auf Grund des geringeren Leckstroms der verwendeten Elektrolyt/Oxid/Halbleiter (EOS)-Konfiguration können an den Chips detailliertere Kapazitätsmessungen durchgeführt werden als im MOS-System. Um die Messungen zu interpretieren wird die Bandstruktur numerisch simuliert. Die neuartigen TiO2-Stimulationschips weisen eine circa fünffach höhere Kapazität als die bisher verwendeten SiO2-Chips auf. Mit ihnen können zwei fundamentale Stimulationsmechnismen von Zellen unterschieden werden: Ionenkanäle werden geöffnet für lang andauernde, fallende Spannungsrampen am Chip. Bei kürzer werdenden Rampen setzt zusätzlich Elektroporation ein. Für steigende Rampen wird ausschließlich Elekroporation ausgelöst.
Translated abstract:
The topic of this work is the capacitive stimulation of adherent nerve cells by using semiconductor chips. The capacitance of the chips is enhanced by using the materials TiO2 and HfO2, which feature a high dielectric constant. Due to the low leakage current of the used electrolyte/oxide/semiconductor configuration, capacitance measurements more detailed as possible in MOS system, can be carried out. To interpret the results, the band structure is numerically simulated. The novel TiO2 stimulation chips exhibit a five-fold capacitance increase as compared to formerly used SiO2 chips. Using them, two fundamental stimulation mechanisms could be discriminated: For falling voltage ramps of low duration applied to the chip, ion channels were opened. At shorter ramp durations, electroporation sets in additionally. For rising voltage ramps, only electroporation can be induced.
Date of submission:
13.11.2006
Oral examination:
19.12.2006
File size:
36265060 bytes
Pages:
159
Last change:
28.08.2007
BibTeX