PHiPMEMs

Photonische In-Plane MEMS-Plattform für Mikrospektrometer (PHiPMEMs)

Erschließen von spektroskopischen Methoden für Massenanwendungen

Spektrometer sind Messgeräte, die Strahlung in ihre einzelnen Farbanteile, d. h. in ihre einzelnen Wellenlängen, zerlegen können. Diese Messgeräte gibt es – je nach Bauart – für infrarotes über sichtbares Licht bis hin zu Ultraviolett- und Röntgenstrahlung. Das so entstandene Spektrum gibt unter anderem Aufschluss auf verschiedene Eigenschaften des beleuchteten Materials, zum Beispiel auf die chemische Zusammensetzung.

Die Entwicklung eines miniaturisierten, kostengünstigen Spektrometers ermöglicht den Einsatz in vielen Bereichen des täglichen Lebens. Die Anwendungsbereiche eines Spektrometers liegen z. B. bei der Analyse von Lebensmitteln. Eine weitere Anwendungsmöglichkeit ist die Überwachung der Luftqualität in Gebäuden oder im Straßenverkehr.

Spektroskopische Techniken sind sehr leistungsfähig und nahezu universell einsetzbar. Einer breiten Nutzung, beispielsweise als Bestandteil eines Smartphones, stehen aktuell Baugröße, Komplexität und Preis im Wege. Die dafür notwendige Zusammenfassung der wesentlichen Bestandteile in einem einzigen Bauteil scheiterte bislang an einer geeigneten technologischen Umsetzung.

Modular aufgebautes Mikrospektrometer auf einem Siliziumchip

Das Ziel des Projekts besteht darin, ein miniaturisiertes, modulares Spektrometersystem zu erforschen, welches möglichst viele Einzelkomponenten auf einem Siliziumchip vereint und somit spektroskopische Technologien für Massenanwendungen erschließt. Der Entwurf findet auf der Basis von einzelnen Funktionsblöcken zur flexiblen Konfiguration und Herstellung mit Standardtechnologien der Halbleiterfertigung statt. Dies soll einen raschen und einfachen Designprozess zukünftiger Komponenten gewährleisten und einen breiten Einsatz ermöglichen.

Die geplante Ausführung des gesamten Spektrometers besteht aus einer Infrarotlicht-Quelle, einem digitalen Mikrosystem-Antrieb zur Steuerung eines Filters, optischen Wellenleitern und Kopplern sowie einer miniaturisierten Gasmesszelle. Die Herstellung in einer oberflächennahen Mikrotechnologie erlaubt die Führung und Modulation der infraroten Strahlung in der Waferebene. Ein wesentlicher Vorteil besteht darin, dass Einzelkomponenten in Form von vorgefertigten Funktionsblöcken beliebig zu einem Gesamtsystem kombiniert werden können. Dadurch ist in einer kurzen Entwicklungszeit ein hoher Grad an Miniaturisierung und Komplexität des Gesamtsystems erreichbar

Projektdetails

Koordinator

Julia Wecker
Fraunhofer-Institut für Elektronische Nanosysteme (ENAS)
Technologie-Campus 3, 9126Chemnitz
+49 371 45001-613

Projektvolumen

ca. 300.000 € (Förderquote 100%)

Projektdauer

01.01.2019 - 31.12.2020

Projektpartner

Fraunhofer-Institut für Elektronische Nanosysteme (ENAS)Chemnitz