Fraunhofer IPMS kehittää seuraavan sukupolven infrapuna-anturiteknologiaa

Fraunhofer Institute for Photonic Microsystemsin, Heimann Sensorin ja Leibniz Institute for Solid State and Materials Research Dresdenin yhteishankkeen tavoitteena on luoda uusi teknologinen perusta termoelektrisille infrapuna-anturiryhmille. Yhteistyössä integroidaan korkean hyötysuhteen termoelektrisiä materiaaleja CMOS-yhteensopivaan valmistusinfrastruktuuriin lämpökuvauksen tarkkuuden parantamiseksi lääketieteellisessä diagnostiikassa, autonomisessa liikenteessä ja teollisessa prosessien valvonnassa.

Termoelektristen materiaalien integrointi CMOS-teknologiaan
Teknologinen kehitys keskittyy ratkaisemaan perinteisten termoelementtimateriaalien suorituskykyrajoitukset, joita käytetään kosketuksettomissa lämpötilanmittausjärjestelmissä. Uuden mikroelektromekaanisen järjestelmän (MEMS) konseptin avulla kehitystiimit integroivat edistyksellisiä termoelektrisiä materiaaleja suoraan 200 millimetrin puolijohdetuotantolinjaan. Tämän integraatiostrategian tavoitteena on saavuttaa alle 20 millikelvinin lämpötilaresoluutio yhdistettynä alle 45 mikrometrin pikselikokoon. Näiden teknisten tavoitteiden saavuttaminen vastaa teknologisen valmiuden tasoa (TRL) 4, jossa ensimmäisessä vaiheessa hyödynnetään passiivisia anturiryhmiä ennen siirtymistä aktiivisiin anturiryhmiin, joissa on integroidut CMOS-ohjauselektroniikat.

Sovellusekosysteemi ja järjestelmän ominaisuudet
Alle 20 millikelvinin lämpötilaresoluutio laajentaa termoelektristen infrapuna-antureiden käyttömahdollisuuksia digitaalisissa toimitusketjuissa ja lääketieteen sovelluksissa. Lääketieteellisessä diagnostiikassa parantunut lämpöherkkyys tukee ulkoisesti havaittavien tulehdusten tunnistamista ja auttaa sairauksien varhaisessa havaitsemisessa ihon vähäisten lämpötilavaihteluiden perusteella. Hoivaympäristöissä korkean resoluution lämpökuvaus mahdollistaa kaatumisten ja muiden hätätilanteiden automaattisen tunnistamisen ilman optisia kameroita, mikä suojaa yksityisyyttä ja mahdollistaa jatkuvan seurannan. Lisäksi näiden erittäin herkkien anturiryhmien integrointi autonomisiin ajoneuvojärjestelmiin parantaa ympäristön havainnointia, kun taas teolliset valmistusprosessit hyötyvät erittäin tarkasta lämpökuvauksesta ja automatisoidusta prosessien valvonnasta.

Lisätiedot:
Tässä osiossa esitetään teknisiä tietoja ja kilpailijoihin liittyviä vertailuja, joita ei sisältynyt alkuperäiseen tuotejulkistukseen

Lämpökuvausalalla termoelektriset infrapuna-anturit eli termoparipohjaiset anturit kilpailevat tyypillisesti vanadiinioksidiin ja amorfiseen piihin perustuvien mikrobolometrien kanssa. Perinteisten termoparianturiryhmien etuja ovat suora tasajännitelähtö ja alhaisemmat valmistuskustannukset, mutta niiden lämpöherkkyys on historiallisesti jäänyt mikrobolometrien tasosta, ja niiden kohinaa vastaava lämpötilaero on yleensä yli 50 millikelviniä. Tavoittelemalla alle 20 millikelvinin lämpötilaresoluutiota uudet CMOS-integroidut termoelektriset anturiryhmät lähestyvät suorituskyvyltään korkeatasoisia jäähdyttämättömiä mikrobolometrejä, joiden lämpötilaherkkyys on tyypillisesti 20–40 millikelviniä. Lisäksi pikselijaon pienentäminen alle 45 mikrometriin kasvattaa spatiaalista resoluutiota, mikä mahdollistaa termopiliteknologian kilpailun entistä suoremmin korkean pikselitiheyden teollisissa konenäköjärjestelmissä ja autonomisen liikenteen sovelluksissa, joissa mikrobolometrit ovat perinteisesti hallinneet markkinoita 12–17 mikrometrin pikselikokonsa ansiosta.

Toimittanut Natania Lyngdoh, Induportalsin toimittaja, tekoälyn avustuksella.

www.ipms.fraunhofer.com