Verbundvorhaben: Nanointegration als Schlüsseltechnologie für einen MEMS basierten IR-Emitter für spektroskopische Sensorsysteme (NaMIS). Abschlussbericht

Die Leistungsfähigkeit von spektroskopischen Sensorsystemen wird maßgeblich durch die verwendete Strahlungsquelle festgelegt. Dies gilt besonders für nichtdispersive Infrarot-Sensoren (NDIR-Sensoren) die mit thermischen IR-Emittern ausgestattet sind, weil Schwankungen in der Emissionsleistung und des Verlaufs des Emissionsspektrums aufgrund der Limitierung auf wenige Messkanäle in der Anwendung nicht mehr effektiv erkannt und kompensiert werden können. Aus diesem Grund wurden in diesem Projekt Möglichkeiten auf Basis Methoden der Nano- und Mikrotechnologie erforscht, um die Stabilität und Emissionsleistung im Vergleich zum Stand der Technik bei gleichzeitig geringerem Fertigungsaufwand zu verbessern. Dies wurde durch die Entwicklung eines neuartigen thermischen Emitters mit einer hocheffizienten nanotechnologiebasierten Emissionsschicht in Verbindung mit der Entwicklung neuartiger siliziumbasierter Fresnel-Linsen erreicht. Um die Alterung der Emissionsschicht bzw. der Heizstruktur im Betrieb erfassen und kompensieren zu können, wurde zusätzlich ein thermischer Detektor in das Gehäuse integriert. In Langzeitmessungen mit erhöhten Betriebstemperaturen konnte eine hervorragende Stabilität der nanotechnologiebasierten Emissionsschicht nachgewiesen werden. Der zusätzliche Strahlungsdetektor ermöglichte die effiziente Kompensation von Alterungsbedingten Drifterscheinungen der Heizstruktur. So konnte die Stabilität eines IR-Emitters um bis zu 41 % verbessert werden. Die entwickelten Emitter lassen sich aufgrund der Verwendung von Standardgehäusen problemlos in bestehende spektroskopischen Sensorkonzepte integrieren, ohne dass der Aufbau grundlegend geändert werden muss. Durch die verbesserte Stabilität in Kombination mit der gesteigerten Emissionsleistung werden deutlich kompaktere bzw. deutlich kostengünstigere spektroskopische Sensoren auf Basis von thermischen Strahlungsquellen ermöglicht.