Ziel der Entwicklung

Mit den Ergebnissen soll ein schneller, empfindlicher Infrarotstrahlungsdetektor auf Basis einer CMOS-kompatiblen Wafer-Fertigungstechnologie hergestellt werden. Infrarotdetektoren sind Kernbestandteil verschiedener Gassensoren und kontaktloser Thermometer. Mit der Verringerung der Ansprechzeit können Messwerte schneller erfasst werden. Mit Erhöhung der Empfindlichkeit sind kleinere Temperaturunterschiede und Gaskonzentrationen messbar.

Vorteile und Lösungen

Auf einem SOI-Wafer (Siliziumscheibe, welche aus einem Schichtstapel Silizium-Oxid-Silizium besteht) wurden dünne ein Quadratmillimeter große Membranen geätzt. Diese sind mit Gräben thermisch isoliert. Auf der Membran und am Rand befinden sich Temperaturmessdioden, welche zu einer Messbrücke verschaltet werden. Eine schwarze Schicht absorbiert die zu messende Strahlung an der Oberfläche und leitet die Wärme zur Membran. Die Temperaturdifferenz von Membran zu Rand kann als Spannung an der Messbrücke abgegriffen werden. Sie ist ein Maß für den Energiefluss und damit für die Strahlungsenergie. Für die Empfindlichkeit und Geschwindigkeit des Sensors ist es entscheidend, welche Masse und welche thermische Leitfähigkeit die Membran besitzt. Je kleiner die Masse, umso schneller kann die Strahlung die Membran erwärmen. Je kleiner die Leitfähigkeit, umso mehr Strahlungswärme staut sich in der Mitte der Membran. Der Sensor wird entsprechend empfindlich. Beide Eigenschaften haben technische Grenzen, denen man sich im Projekt nähern konnte.

Zielgruppe und Zielmarkt

Für die entwickelten Sensoren und Technologien kommt als Markt die industrielle oder FuE-Anwendung sowie der Consumer-Bereich in Betracht. Die Endkundenmärkte liegen im Bereich:
• Siliziumbasierte Gasmesszellen für Prozessmesstechnik, Umweltmesstechnik, Gasanalytik, Nahrungsmittelindustrie, Chemieanlagen, Raffinerien
• Temperaturstrahlungssensoren zur berührungslosen Oberflächentemperaturmessung, wie Prozessthermometer in der Metallurgie, Condition-Monitoring im Maschinenbau
• Medizintechnik, Überwachungstechnik (Fieberthermometer)
Die Sensoren sind besonders auf den Einsatz in rauen Umgebungen ausgelegt und adressieren vor allem die Verwendung in der industriellen Messtechnik. Der generelle Trend in diesem Bereich ist ein zunehmender Automatisierungsgrad. Damit ist automatisch eine erhöhte Langzeitzuverlässigkeit gefordert.
Die Ergebnisse werden durch die Akquise und Durchführung von kundenspezifischen Entwicklungsprojekten für industrielle Geräte- und Systemhersteller (Transferunternehmen) verwertet. Deren Ergebnisse sind Sensorkomponenten, die in Produkte des Transferunternehmens einfließen. Im Anschluss können diese Komponenten je nach Kundenwunsch vom CiS auch für dieses Transferunternehmen in Kleinserie gefertigt werden.
Das Unternehmen bietet seine Produkte im Endkundenmarkt an.
Ein Transfer der Ergebnisse erfolgt zudem durch Präsentationen auf Messen, Workshops sowie Veröffentlichungen.