Fraunhofer IPMS udvikler næste generations infrarøde sensorteknologi

Et samarbejdsprojekt mellem Fraunhofer Institute for Photonic Microsystems, Heimann Sensor og Leibniz Institute for Solid State and Materials Research Dresden har til formål at etablere et nyt teknologisk fundament for termoelektriske infrarøde sensorarrays. Samarbejdet integrerer højeffektive termoelektriske materialer i en CMOS-kompatibel produktionsinfrastruktur for at forbedre opløsningen af termisk billeddannelse inden for medicinsk diagnostik, autonom mobilitet og industriel procesovervågning.

Integration af termoelektriske materialer i CMOS-teknologi
Den teknologiske udvikling fokuserer på at overvinde de ydelsesbegrænsninger, der kendetegner konventionelle termoelementmaterialer anvendt i berøringsfri temperaturmåling. Ved hjælp af et nyt koncept for mikroelektromekaniske systemer (MEMS) integrerer udviklingsteamene avancerede termoelektriske materialer direkte i en 200 mm halvlederproduktionslinje. Denne integrationsstrategi har til formål at opnå en temperaturopløsning på under 20 millikelvin kombineret med en pixelstørrelse på under 45 mikrometer. Opnåelsen af disse specifikationer svarer til et teknologisk modenhedsniveau (TRL) 4, hvor passive sensorarrays anvendes i den første fase, før udviklingen går videre til aktive sensorarrays med integreret CMOS-styringselektronik.

Anvendelsesområder og systemegenskaber
En temperaturopløsning på under 20 millikelvin udvider anvendelsesmulighederne for termoelektriske infrarøde sensorer inden for den digitale forsyningskæde og den medicinske sektor. Inden for medicinsk diagnostik gør den forbedrede termiske følsomhed det muligt at registrere synlige inflammationer og understøtter tidlig identifikation af sygdomme baseret på meget små variationer i hudtemperaturen. I pleje- og omsorgsmiljøer muliggør højopløselig termisk billeddannelse automatisk registrering af fald og andre nødsituationer uden brug af optiske kameraer, hvilket beskytter privatlivet samtidig med, at kontinuerlig overvågning opretholdes. Derudover forbedrer integrationen af disse højfølsomme sensorarrays miljøopfattelsen i autonome køretøjer, mens industrielle produktionsprocesser drager fordel af meget præcis termografi og automatiseret procesovervågning.

Yderligere kontekst:
Dette afsnit beskriver tekniske specifikationer og konkurrencemæssige sammenligninger, som ikke var inkluderet i den oprindelige produktmeddelelse

Inden for termisk billeddannelse konkurrerer termoelektriske infrarøde sensorer, også kendt som termopiler, typisk med mikrobolometre baseret på vanadiumoxid og amorft silicium. Traditionelle termopilarrays har fordele som direkte jævnspændingsudgang og lavere produktionsomkostninger, men har historisk haft en lavere termisk følsomhed end mikrobolometre og udviser typisk en støjækvivalent temperaturforskel på over 50 millikelvin. Ved at sigte mod en temperaturopløsning på under 20 millikelvin nærmer de nye CMOS-integrerede termoelektriske arrays sig følsomheden hos avancerede, ukølede mikrobolometre, som normalt ligger mellem 20 og 40 millikelvin. Samtidig øger en reduktion af pixelafstanden til under 45 mikrometer den rumlige opløsning, hvilket gør det muligt for termopilteknologien at konkurrere mere direkte inden for industrielle visionsystemer med høj pixeltæthed og autonome mobilitetsapplikationer, hvor mikrobolometre traditionelt har domineret med pixelafstande helt ned til 12 til 17 mikrometer.

Redigeret af Natania Lyngdoh, redaktør hos Induportals, med hjælp fra AI.

www.ipms.fraunhofer.com