Projektabschluss FIRE: Flinke Infrarot-Emitter als monolithisch integrierte Arrays

Für bestimmte Anwendungen der Gassensorik ist eine hohe zeitliche Auflösung erforderlich. Dazu gehören unter anderem medizinische Anwendungen wie die Analyse von Atemgasen, aber auch industrielle Einsatzbereiche. Um eine zuverlässige Datenerfassung und -auswertung zu gewährleisten, werden NDIR-Sensoren in einem modulierten Betrieb eingesetzt, das heißt, sie wechseln kontinuierlich zwischen An- und Aus-Zuständen, was durch die Steuerung der Lichtquelle umgesetzt wird. Bisherige Emitter waren jedoch aufgrund ihrer thermischen Masse in ihrer Dynamik auf etwa 30 Hz beschränkt oder lieferten bei sehr kleinen Bauteilen eine unzureichende optische Leistung.

Vor diesem Hintergrund wurde das Projekt „FIRE – Flinke Infrarot Emitter“ initiiert, mit dem Ziel, bei ausreichender optischer Leistung auch Anwendungen mit einer Frequenz von 100 Hz zu ermöglichen. Der zentrale Ansatz bestand darin, mehrere kleine und dadurch schnell schaltende aktive Flächen in einem Chip zu kombinieren. Dies wurde zunächst durch die hybride Integration einzelner, sehr kleiner (1×1 mm²) Chips getestet und anschließend auf monolithisch integrierte Arrays übertragen. Es wurden modellgestützte Designs sowie die dafür notwendigen Fertigungsprozesse entwickelt und realisiert.

Im Rahmen des Projekts FIRE wurden thermische IR-Emitter mit hoher Dynamik (100 Hz) und zugleich hoher optischer Leistung als breitbandige Infrarot-Lichtquellen für die Messung von Gaskonzentrationen mit hoher Abtastrate, beispielsweise für die Analyse von Atemgasen, entwickelt.

Die entwickelten Demonstratoren erfüllen die angestrebten technischen Zielvorgaben und konnten bereits erfolgreich in ersten medizinischen Anwendungen getestet werden. Nun ist geplant, diese Lösung in die Serienproduktion zu überführen.