Wärmebildsensoren mit deutlich verbesserter Temperaturauflösung
Neue Generation von hochempfindlichen Infrarotsensoren eröffnet Chancen für Medizin, Mobilität und Industrie.
Das Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS entwickelt gemeinsam mit Heimann Sensor und dem Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden die technologische Basis für eine neue Generation thermoelektrischer Infrarot-Sensorarrays. Durch die erstmalige Integration von hocheffizienten thermoelektrischen Materialien in eine CMOS-kompatible Fertigungstechnologie sollen deutlich leistungsfähigere Sensoren entstehen. Ziel ist eine Temperaturauflösung von unter 20 mK bei Pixelgrößen von weniger als 45 µm – ein wichtiger Schritt für neue Anwendungen in Medizin, Industrie, Mobilität und Sicherheit.
Thermoelektrische Infrarotsensoren ermöglichen die berührungslose Erfassung von Temperaturen und die Erstellung von Wärmebildern. Sie werden bereits heute in der Prozessüberwachung, Gebäudetechnik oder Sicherheitstechnik eingesetzt. Die Leistungsfähigkeit aktueller Systeme wird jedoch durch die verwendeten Thermoelementmaterialien begrenzt. Das neue Projekt adressiert diese Herausforderung durch den Einsatz deutlich effizienterer thermoelektrischer Materialien und eines neuartigen MEMS-Bauelementkonzepts.
Die angestrebte Verbesserung der Temperaturauflösung eröffnet zahlreiche neue Einsatzfelder. Im medizinischen Bereich könnten künftig Anwendungen zur Unterstützung der Krebsfrüherkennung oder zur Detektion äußerlich sichtbarer Entzündungen realisiert werden. Auch im Umfeld des altersgerechten Wohnens ermöglichen die Sensoren neue Lösungen, beispielsweise zur zuverlässigen Erkennung von Stürzen oder Notfallsituationen im häuslichen Umfeld.
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Darüber hinaus profitieren autonome Fahrzeuge von der höheren Sensitivität der Sensorarrays. Für industrielle Anwendungen eröffnen sich neue Möglichkeiten in der Thermografie und Prozessüberwachung. Zudem eröffnet der Einsatz der Sensoren in kosteneffizienten Lösungen zur kontaktlosen Temperaturmessung Zugang zu weiteren Anwendungs- und Marktsegmenten.
Das Fraunhofer IPMS übernimmt im Projekt zentrale Aufgaben bei der Entwicklung der MEMS-Technologie. Dazu gehört die Integration neuartiger Thermoelementschichten, die Entwicklung und Optimierung der erforderlichen Fertigungsprozesse sowie die Herstellung von Demonstrator-Chips. Zusätzlich werden Strategien entwickelt, um die neuen Materialien künftig in die 200-mm-Fertigungslinie des Instituts zu integrieren.
Die Projektpartner werden die entwickelten Technologien zunächst an passiven Sensorarrays demonstrieren. In einer anschließenden Entwicklungsphase sollen daraus aktive Sensorarrays mit integrierter CMOS-Ansteuerelektronik entstehen. Mit den im Projekt entwickelten Demonstratoren wird ein Technologiereifegrad von TRL4 angestrebt. [FhIPMS / dre]
