Ziel der Entwicklung
Thermopiles werden in vielen Anwendungen als Detektoren verwendet. Sie messen berührungslos Temperaturen oder detektieren in der nichtdispersiven Infrarotgasanalyse die Konzentration verschiedener Substanzen in einem Gasgemisch. Hierbei wird das zu untersuchende Gas mit infrarotem Licht durchstrahlt. Tritt ein zu detektierendes Gas in die Kammer, absorbiert es einen Teil der Infrarotstrahlung bei charakteristischen Wellenlängen. Diese Signalabschwächung wird in eine Gaskonzentration umgerechnet.
Im Zentrum des Forschungsvorhabens stand die Entwicklung von Thermopiles mit wellenlängenselektiven, photonischen Absorbern, die direkt in der Membran integriert sind. Dies ermöglicht den Einsatz der Thermopiles ohne die Verwendung von zusätzlichen Filterelementen. Somit ist es möglich, das System insgesamt kleiner auszuführen. Des Weiteren führt diese Ausführung dazu, dass der Chip auch bei höheren Temperaturen eingesetzt werden kann, als dies durch einen Thermopile mit zusätzlich vorgeschaltetem Filter der Fall wäre.
Vorteile und Lösungen
Es wurden optische Simulationen von photonischen Strukturen aus Materialien durchgeführt, die bereits als fester Bestandteil von Thermopilechips etabliert sind. Mithilfe dieser Simulationen wurde ermittelt, welche Gestalt die Struktur haben muss, um eine Absorptionsbande aufzuweisen, die mit einer Absorptionsbande der betreffenden Gasspezies übereinstimmt. Anschließend wurden diese Strukturen in eine auf dem Thermopile befindliche Schicht eingebracht.
Zielgruppe und Zielmarkt
Zielgruppe und Zielmärkte sind alle Anwender, die sich mit Gasanalyse beschäftigen, beispielsweise in der Gebäudeüberwachung und im medizinischen Bereich zur Atemgasanalyse.
Aufgrund der Bauform kann das Bauteil bei höheren Temperaturen eingesetzt werden als herkömmliche Aufbauten aus Thermopile mit zusätzlichem Filter. Dadurch werden Messungen an Orten ermöglicht, an denen zuvor nicht gemessen werden konnte, oder das zu messende Gas auf Umwegen abgezweigt werden musste.
Das Entwicklungsziel des Vorhabens wurde so angelegt, dass durch:
– Schaffung neuer technologischer Möglichkeiten zur Realisierung bauteilintegrierter optischer Filter
– konkrete Sensorlösungen in Form spektral selektiver Thermopiles und IR-Strahler sowie
– die Kombination von verschiedenen ergänzenden Mikrotechnologien kundenspezifische Lösungen befördert werden.
Bereits während der Laufzeit des Projektes wurden öffentliche Foren sowie auch bilaterale Kundengespräche genutzt, um Ergebnisse zu publizieren und die Diskussion mit potenziellen Anwendern zu eröffnen. Das CiS Forschungsinstitut ist in der Lage, einen vollständigen Entwicklungs- und Fertigungsprozess für kundenspezifische Lösungen anzubieten. Dies ist besonders für innovative klein- und mittelständische Unternehmen attraktiv.
Im vorliegenden Fall kommen als potenzielle Kunden (Komponenten-/Modul-)Hersteller von Temperatur- und Gasmesssystemen, sowie anderer Sensoren infrage, die nicht über eigenen Komponentenentwicklung und / oder Fertigung verfügen, oder bereit sind, diese auch in Kooperation mit externen Partnern (weiter) zu entwickeln.
Patentanmeldung „Infrarotstrahlungssensor und Verfahren zu seiner Herstellung"
DE 10 2023 132 634.1
