Technologie

Infrarot-Detektor auf einem Chip

26.10.2022 - Miniaturisierung auf der Basis eines Quantenpunkt-Photodetektors.

Die weitere Minia­turisierung von Infrarot-Detektoren ist entscheidend für ihre Integration in die nächste Generation von Unterhaltungs­elektronik, Wearables und Kleinst­satelliten. Bislang waren IR-Detektoren jedoch auf sperrige und teure Materialien und Techno­logien angewiesen. Einem Team von Wissen­schaftlern unter der Leitung des Empa-Forschers Ivan Shorubalko ist es nun gelungen, ein kostengünstiges Minia­turisierungs­verfahren für IR-Spektro­meter auf Basis eines Quantenpunkt-Photodetektors zu entwickeln, das auf einem einzigen Chip integriert werden kann.

Die Miniaturi­sierung von Infrarot­spektrometern ermöglicht einen breiteren Einsatz in der Konsumgüter­elektronik, etwa in Smartphones zur Lebensmittel­kontrolle, zum Nachweis gefährlicher Chemikalien, zur Überwachung der Luftver­schmutzung oder in tragbaren elektronischen Geräten. Sie können für den schnellen und einfachen Nachweis bestimmter Chemikalien verwendet werden, ohne dass eine Labor­ausrüstung erforderlich ist. Darüber hinaus können sie für den Nachweis gefälschter Medikamente und von Treibhaus­gasen wie Methan und CO2 nützlich sein.

Die Forschergruppe der Empa, der ETH Zürich, der EPFL, der Universidad de Salamanca, der Europäischen Weltraum­organisation (ESA) und der Universität Basel hat nun den ersten Prototypen eines minia­turisierten Fourier-Trans­formations-Wellenleiter­spektrometers gebaut, das einen Subwellen­längen-Photodetektor als Lichtsensor enthält; dieser besteht aus kolloidalen Quantenpunkten aus Quecksilber­tellurid (HgTe) und ist kompatibel mit komple­mentärer Metalloxid-Halbleitertechnologie (CMOS).

Das neue Spektrometer weist eine große spektrale Bandbreite und eine moderate spektrale Auflösung von 50 cm-1 bei einem winzigen, aktiven Gesamtvolumen des Spektro­meters mit einem Zehntel Millimeter Kantenlänge auf. Dieses ultra­kompakte Design des Spektrometers ermöglicht es, optisch-analytische Mess­instrumente relativ schnell und einfach in Unterhaltungs­elektronik und Raumfahrt­geräte zu integrieren. „Die mono­lithische Integration von IR-Photo­detektoren im Subwellenlängen­bereich hat enorme Auswirkungen auf die Skalierung von Fourier-Trans­formations-Wellenleiter­spektrometern“, so Empa-Forscher Ivan Shorubalko. „Unser Design könnte aber auch für miniaturisierte Raman-Spektrometer, für Biosensoren und Lab-on-a-Chip-Geräte sowie für die Entwicklung hoch­auflösender Hyperspektral­kameras von Interesse sein.“

Empa / JOL

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Werkzeuge für die multiphysikalische Optiksimulation

Im Web Seminar erhalten Sie einen Überblick über die Möglichkeiten, die multiphysikalische Optiksimulation bietet und eine Einführung in die praktische Umsetzung eines strahlenoptischen Simulationsprojekts.

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Welding with Civan's Ultrafast CBC-Laser: Basics, Opportunities and Challenges

The first part of the webinar will provide an overview of the fundamentals and challenges of the welding process and the features of the CIVAN CBC laser. The second part of the webinar will discuss approaches to take advantage of fast, arbitrary beam shaping to control process problems.

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