POLAR

Pyroelektrischer, hafniumoxid-basierter digitaler Sensor

Pyroelektrische Infrarot-Sensoren für breite Anwendungsfelder

Pyroelektrika sind besondere kristalline Stoffe, die sich bei Erwärmung elektrisch aufladen. Obwohl der Effekt schon im Altertum bekannt war, begann seine praktische Anwendung in Sensoren erst vor etwa 50 Jahren.

Die vielerorts anzutreffenden Bewegungsmelder nutzen einfache und preiswerte pyroelektrische Sensoren. Es gibt aber auch Bereiche, wo sehr viel höhere Anforderungen gestellt werden, z. B. als Anästhesiegasmonitor in der Medizintechnik, als Feuer/Flammendetektor in Raffinerien und Erdölplattformen oder bei der Synthese von Isocyanaten in der chemischen Industrie. Die aufwändige Fertigung aus einer Vielzahl von einzelnen Komponenten und die Verwendung teurer Materialien bedingen hohe Fertigungskosten.

Halbleitertechnologien bringen den Durchbruch bei Stückzahlen und Kosten

Das Gesamtziel des Projektes ist es, neuere Entwicklungen auf den Gebieten der Materialforschung, Dünnschichttechnologie und der Mikromechanik zu einer völlig neuen, bahnbrechenden Lösung auf dem Gebiet der pyroelektrischen Sensoren zu kombinieren. Dotiertes Hafniumoxid soll als pyroelektrische Dünnschicht mit aus der Halbleiter-Technologie bekannten Verfahrenabgeschieden und strukturiert werden. Dadurch bietet sich die Möglichkeit, dass aus dem „exotischen“ pyroelektrischen Sensor ein Bauelement wird, dessen wichtigste Komponente in hoher Stückzahl wie ein normaler Schaltkreis in einer Halbleiterfabrik hergestellt werden kann.

Die vorgeschlagene Lösung führt zu erheblich reduzierten Chipkosten, wodurch sich neue Applikationsfelder eröffnen, beispielsweise der massenhafte Einsatz zur Raumluft-Überwachung in Gebäuden und in der Fahrgastzelle von Automobilen, Bussen und Bahnen. Weiterhin könnten die im privaten Bereich bekannten Rauchmelder durch die wesentlich zuverlässigeren und frühzeitiger alarmierenden pyroelektrischen Feuer- und Flammendetektoren ergänzt werden.

Gegenüber dem Stand der Technik weist der neuartige Sensor folgende Vorteile auf:

  • geringe Fertigungskosten durch Massenfabrikation und Mikromontage inHalbleiterfabriken,
  • niedriger Energieverbrauch, geringe Größe, verbesserte Störfestigkeit und Robustheit,
  • hohe spektrale Selektivität ohne zusätzliche externe Filter.

Ansprechpartner

Dipl.-Phys.Gerhard Funke
+49 211 6214-627

Projektdetails

Koordinator

Dr.-Ing. habil.Norbert Neumann
InfraTec GmbH Infrarotsensorik und Messtechnik
Gostritzer Str. 61 - 63, 1217Dresden
+49 351 871-8609

Projektvolumen

2.214.788 EUR (62,3% Förderanteil durch das BMBF)

Projektdauer

01.05.2019 - 30.04.2022

Projektpartner

InfraTec GmbH Infrarotsensorik und MesstechnikDresden
AMAC ASIC- und Mikrosensoranwendung Chemnitz GmbHChemnitz
Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS - Center Nanoelectronic Technologies (CNT)Dresden
TU Chemnitz - Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik - Zentrum für MikrotechnologienChemnitz