Für einige gassensorische Anwendungen ist eine hohe zeitliche Auflösung gefordert. Dazu zählen beispielsweise einige medizinische Anwendungen (Atemgase) aber auch Applikationen aus der Industrie. Für eine robuste Datenerfassung und Auswertungen werden NDIR-Sensoren moduliert betrieben – also im ständigen Wechsel von an/aus-Zuständen, was durch Regelung der Lichtquelle realisiert wird. Die bisher entwickelten Emitter waren aufgrund ihrer thermischen Masse jedoch in ihrer Dynamik auf ca. 30 Hz limitiert oder lieferten im Fall sehr kleiner Bauteile eine zu geringe optische Leistung.
Vor diesem Hintergrund wurde das Projekt „FIRE – Flinke Infrarot Emitter“ mit dem Ziel durchgeführt, bei ausreichender optischer Leistung auch Anwendungen bei 100 Hz adressieren zu können. Die zentrale Idee dazu war es, mehrere kleine und damit schnelle aktive Flächen in einem Chip zu integrieren. Dies wurde zunächst durch hybride Integration von einzelnen, sehr kleinen (1×1 mm²) Chips erprobt und anschließend in Varianten von monolithisch integrierten Arrays überführt. Modellgestützte Designs und die dafür erforderlichen Fertigungsprozesse wurden entwickelt und umgesetzt.
Im Projekt FIRE wurden thermische IR-Emitter mit hoher Dynamik (100 Hz) und gleichzeitig hoher optischer Leistung als breitbandige IR-Lichtquellen für die Messung von Gaskonzentrationen mit hoher Abtastrate beispielsweise zur Analyse von Atemgasen entwickelt.
Die Demonstratoren erreichen die angestrebten technischen Zielparameter und konnten bereits erfolgreich in ersten medizinischen Anwendungen erprobt werden. Angedacht ist nun, diese Lösung in die Serie zu überführen.
Die beschriebenen Forschungs- und Entwicklungsarbeiten wurden im Forschungsprojekt „Flinkes Infrarot-Emitter-Array“ (FIRE) durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWE) gefördert.
FKZ: 49MF220020
