Pyroelektrische Hochdetektivitäts-Infrarotsensoren mit gleichmäßiger spektraler Empfindlichkeit

Für Gasanalyse und Spektroskopie

Pyroelektrische Hochdetektivitäts-Detektoren PYROSENS mit gleichmäßiger spektraler Empfindlichkeit (Foto: DIAS Infrared GmbH) (PresseBox) ( Dresden, )
Pyroelektrische Ein- und Mehrelementsensoren sowie lineare Arrays sind wichtiger Bestandteil von Infrarot-Messgeräten zur Gasanalyse und Spektroskopie sowie zur berührungslosen Temperaturmessung. Um hohe Nachweisempfindlichkeiten dieser Geräte zu erreichen, muss das Signal/Rausch-Verhältnis groß sein. Es sind hohe Werte der spezifischen Detektivität D* bzw. kleine rauschäquivalente Strahlungsleistungen NEP erforderlich.

DIAS Infrared hat schon seit Jahren die bewährten PYROSENS-Sensoren und Arrays im Fertigungsprogramm. Basis ist das Pyroelektrikum Lithiumtantalat mit sehr guten sensorrelevanten Materialkenngrößen, einer geringen Temperaturabhängigkeit und einer ausgezeichneten Langzeitstabilität. Große Signal/Rausch-Verhältnisse erfordern sehr dünne pyroelektrische Elemente. Bei DIAS Infrared werden Elementdicken bis zu etwa 5 µm durch den Einsatz von Ionenstrahlätztechnologien erreicht.

Für die oben genannten Anwendungsgebiete sind nicht nur hohe Signal/Rausch-Verhältnisse notwendig, sondern zusätzlich wird eine hohe und spektral möglichst gleichmäßige Absorption bzw. Empfindlichkeit gefordert. Dazu können bei DIAS Infrared die besonders dünnen ionenstrahlgeätzten pyroelektrischen Elemente jetzt auch mit einer zusätzlichen Absorberschicht kombiniert werden. Verwendung finden nanostrukturierte Absorberschichten auf der Basis von NiCr. Die Wärmekapazität ist sehr gering. Die Schichten lassen sich fotolithografisch strukturieren und erreichen im Wellenlängenbereich von 2 µm bis 14 µm eine gleichmäßige Absorption von etwa 0,9.

Als erste neue Sensortypen kommen Ein- und 2-Kanalsensoren PYROSENS LTMI im Spannungs- und Strombetrieb, mit und ohne thermische Kompensation sowie Elementflächen 1 mm x 1 mm, Durchmesser 1 mm und 2 mm x 2 mm auf den Markt. Es werden Werte der spezifischen Detektivität von bis zu 109 cmHz1/2W-1 erreicht. Das sind die höchsten kommerziell verfügbaren Werte für pyroelektrische Lithiumtantalat-Infrarotsensoren. Auch verfügbar sind pyroelektrische lineare Arrays mit 128 oder 256 Elementen (Elementmittenabstand/pitch 100 µm bzw. 50 µm), die ebenfalls ionenstrahlgeätzte dünne und zusätzlich mit thermisch isolierenden Schlitzen versehene pyroelektrische Chips beinhalten. Zusammen mit den nanostrukturierten NiCr-Absorberschichten werden hier NEP-Werte um 0,1 nW erreicht. Diese jetzt verfügbaren sehr geringen Werte ermöglichen neue Lösungen für kompakte Spektroskopie-Baugruppen.
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