Produkt-Neuheit

Infrarotes Licht ist Träger zahlreicher Informationen: Zum einen kann die thermische Emission von Oberflächen für die kontaktfreie Temperaturmessung genutzt werden. Zum anderen ist durch die materialspezifische spektrale Lichtabsorption die Zusammensetzung und Konzentrationsmessung verschiedener Substanzen und Gemische möglich. Der Weg von großen Laborgeräten hin zu kompakten Sensoren erfordert miniaturisierte und spezialisierte Baugruppen, für die sich die Technologien der Silizium-Mikrosensorik anbieten.
Das CiS Forschungsinstitut hat sich hierbei auf die Entwicklung und Fertigung von IR-Strahlern und Thermopilesensoren fokussiert. Beiden Lösungen gemein ist, dass die eigentliche aktive Zone innerhalb einer sehr dünnen Membran aufgespannt wird. Der Siliziumträger wird gegen Ende der Herstellungsprozesse in diesen Gebieten vollständig entfernt, sodass davon nur ein schmaler Rahmen für die Handhabung und Montage übrigbleibt. Diese Struktur bietet den Vorteil, dass die aktiven Gebiete nur eine sehr geringe (thermische) Masse haben und gegenüber dem restlichen System gut thermisch isoliert vorliegen. Die so erzeugten Baugruppen sind mit Kantenlängen im Bereich 1 bis 3 mm nicht nur sehr klein, sondern weisen auch schnelle Reaktionszeiten auf. Die realisierten MEMS IR-Strahler basieren auf der breitbandigen thermischen Emission eines typischerweise 600 bis 800°C heißen ohmschen Heizelements. Spektrales Verhalten und Dynamik können dabei anwendungsspezifisch durch den Schichtaufbau und die Geometrie kontrolliert werden. Im Fall der nicht-dispersiven IR (NDIR)-Sensorik durchstrahlt dieses Licht das zu untersuchende Volumen. Auf der Gegenseite wird ein oft in mehrere Spektral-Kanäle unterteilter IR-Sensor platziert, dessen Signale für die Konzentrationsbestimmung der gesuchten Stoffe genutzt werden können. Häufig kommen dazu Thermopiles mit optischen Filtern zum Einsatz, bei denen der Temperaturunterschied zwischen der beleuchteter Membran und dem kälteren Sensorrahmen zu messbaren Thermospannungen führt. Zum Einsatz kommt diese Technik insbesondere bei Gassensoren, wobei verschiedene Spezies wie Stickoxide, Methan, CO2 oder Alkohole erkannt und gemessen werden können. Thermopiles kommen darüber hinaus auch zur kontaktlosen (Körper-) Temperaturmessung zum Einsatz und sind häufig das sensorische Herzstück in kommerziellen Fieberthermometern und Pyrometern.
Das CiS Forschungsinstitut fokussiert sich dabei auf die Entwicklung und Fertigung der Siliziumkomponenten und innovativen Lösungen für deren Montage und Hausung. Die vielseitige Technologieplattform ist prädestiniert, aufbauende Entwicklungen von Gassensoren und Temperaturmessgeräten bei unseren Industriepartner zu unterstützen und individuelle Lösungen anzubieten.

Eine erfolgreiche Entwicklung ist für den AMA-Innovationspreis 2022 nominiert. Gemeinsam mit der Micro-Hybrid Electronic GmbH und weiterer Partner entwickelt, ist nun ein innovatives Gassensor-System verfügbar am Markt, das hohe Langzeitstabilität unter extremen Umweltbedingungen aufweist und zuverlässig detektiert. Es enthält einen spektral breitbandigen MEMS-IR-Emitter. Dabei wurden eine hermetisch dichte Aufbautechnologie der IR-Komponenten und IR-Emitter-Chips mit mikro-nano-Strukturen als optische Funktionalisierung entwickelt.

Der AMA-Innovationspreis wird am 10. Mai 2022 auf der Eröffnungsveranstaltung der SENSOR+TEST 2022 in Nürnberg vergeben. (AMA-Broschüre, Seite 9)
https://www.ama-sensorik.de/fileadmin/Innovationspreis/Booklet/2022_AMA_Innovationspreis_Nom.pdf