HINT – Hochauflösende Infrarot-Niedertemperatur-Thermometrie auf der Basis von III/V Halbleitersensoren
Gefördert durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
Zeitraum: Oktober 2010 – März 2013
Die Temperaturbestimmung mittels Messung von Infrarot-Strahlung findet in vielen industriellen Bereichen Anwendung, wo berührungslos und/oder schnell gemessen werden muss. Während für thermometrischen Messungen im Bereich hoher Temperaturen > 300°C kostengünstige und hinreichend präzise Messsonden etabliert sind, gilt dies nicht in gleichem Maße für den Niedertemperaturbereich (-35° bis +300°C). Die hier traditionell eingesetzten Infrarot-Thermometer weisen konstruktions- und technologisch bedingte technische Einschränkungen auf, die bei Messungen auf ungeeigneten Materialoberflächen und Objektgrößen zu großen Fehlern führen.
Ziel des HINT-Projektes war es, modernste Halbleitertechnologie zur Entwicklung eines universell einsetzbaren Infrarot-Detektors zu nutzen und ein mit modernsten Komponenten bestücktes (bezüglich der Messgenauigkeit der etablierten Technik) stark überlegenes Messgerät zu erzeugen.
Die Schlüsselkomponente des Forschungsvorhabens war ein innovativer Wärmedetektor in Form einer Fotodiode.
Das HHI übernahm im Projekt HINT die Aufgabe, die Infrarot-Detektorchips herzustellen. Sie bestehen aus Indium-Gallium-Arsenid (InGaAs) mit einer Bandkante bis 2,6 µm (E-IGA: Extended Indium-Gallium-Arsenid), das auf Indium-Phosphid-(InP-) Wafern gewachsen werden kann, wenn zusätzliche Schichten zur Anpassung der Gitterkonstante verwendet werden.
Die Arbeiten des HHI umfassten das Design der Bauelementarchitektur, die Realisierung der IR-Detektor-Chips und deren Charakterisierung. Die bisher am HHI nicht gebräuchlichen Extended- InGaAs -Schichten erforderten die Entwicklung von geeigneten Epitaxie- und Herstellungsprozessen. Damit wurden Chips hergestellt, welche die Partner Micro-Sensor und Optris für ihre Untersuchungen von Aufbautechnik benutzten bzw. deren Eignung für die IR-Messtechnik prüften.
Ein weiterer Schwerpunkt im Projekt HINT waren die Untersuchungen zur Erzeugung von innovativen, integrierten Doppeldetektorstrukturen, mit deren Hilfe die Strahlung gleichzeitig in zwei Wellenlängenbereichen erfasst werden kann. In der IR-Messtechnik können bei Einsatz von Mehrkanalpyrometrie Ungenauigkeiten vermieden werden. Auch diese monolithische Doppeldiode wurde vom HHI entworfen, hergestellt und charakterisiert, von der Micro-Sensor GmbH aufgebaut und durch die Optris GmbH untersucht.