Fraunhofer IPMS utvecklar nästa generations infraröda sensorteknik

Ett samarbetsprojekt mellan Fraunhofer Institute for Photonic Microsystems, Heimann Sensor och Leibniz Institute for Solid State and Materials Research Dresden syftar till att etablera en ny teknisk grund för termoelektriska infraröda sensorarrayer. Samarbetet integrerar högeffektiva termoelektriska material i en CMOS-kompatibel tillverkningsinfrastruktur för att förbättra upplösningen i värmeavbildning inom medicinsk diagnostik, autonom mobilitet och industriell processövervakning.

Integration av termoelektriska material i CMOS-teknik
Den tekniska utvecklingen fokuserar på att övervinna prestandabegränsningarna hos konventionella termoelementmaterial som används i system för beröringsfri temperaturmätning. Genom att använda ett nytt koncept för mikroelektromekaniska system (MEMS) integrerar ingenjörsteamen avancerade termoelektriska material direkt i en produktionslinje för 200 mm halvledare. Denna integrationsstrategi har som mål att uppnå en temperaturupplösning på mindre än 20 millikelvin i kombination med en pixelstorlek på mindre än 45 mikrometer. När dessa specifikationer uppnås motsvarar tekniken en teknisk mognadsnivå (TRL) 4, där passiva sensorarrayer används i den första fasen innan utvecklingen går vidare till aktiva sensorarrayer med integrerad CMOS-drivelektronik.

Applikationsekosystem och systemkapacitet
En temperaturupplösning under 20 millikelvin utökar användningsområdena för termoelektriska infraröda sensorer inom den digitala leveranskedjan och den medicinska sektorn. Inom medicinsk diagnostik möjliggör den förbättrade termiska känsligheten upptäckt av synliga inflammationer och stödjer tidig identifiering av sjukdomar baserat på mycket små variationer i hudtemperatur. Inom vård- och omsorgsmiljöer möjliggör högupplöst värmeavbildning automatisk detektering av fall och andra nödsituationer utan användning av optiska kameror, vilket skyddar den personliga integriteten samtidigt som kontinuerlig övervakning säkerställs. Dessutom förbättrar integrationen av dessa högkänsliga sensorarrayer den omgivningsuppfattning som krävs i autonoma fordon, medan industriella tillverkningsprocesser drar nytta av mycket noggrann termografi och automatiserad processövervakning.

Ytterligare information:
Detta avsnitt beskriver tekniska specifikationer och konkurrensjämförelser som inte ingick i det ursprungliga produktmeddelandet

Inom området för värmeavbildning konkurrerar termoelektriska infraröda sensorer, även kallade termopiler, vanligtvis med mikrobolometrar baserade på vanadinoxid och amorft kisel. Traditionella termopilarrayer erbjuder fördelar såsom direkt likspänningsutgång och lägre tillverkningskostnader, men har historiskt haft lägre termisk känslighet än mikrobolometrar och uppvisar vanligtvis brusmotsvarande temperaturskillnader över 50 millikelvin. Genom att sikta på en temperaturupplösning under 20 millikelvin närmar sig de nya CMOS-integrerade termoelektriska arrayerna känsligheten hos högpresterande okylda mikrobolometrar, som normalt ligger mellan 20 och 40 millikelvin. Dessutom ökar en minskning av pixelstorleken till under 45 mikrometer den rumsliga upplösningen, vilket gör det möjligt för termopiltekniken att konkurrera mer direkt inom högupplösta industriella visionssystem och applikationer för autonom mobilitet, där mikrobolometrar traditionellt har dominerat tack vare pixelstorlekar på endast 12 till 17 mikrometer.

Redigerad av Natania Lyngdoh, redaktör på Induportals, med hjälp av AI.

www.ipms.fraunhofer.com