Hochempfindlicher Infrarot-Detektor funktioniert auch bei Zimmertemperatur
Infrarot-Detektoren sind in der chemischen Analytik, in der Astronomie und vielen weiteren Bereichen unverzichtbar. An der TU Wien wurde nun ein IR-Detektor entwickelt, bei dem die Erwärmung einer Membran gemessen wird. Der neue Sensor soll sich ganz ohne Kühlung verwenden lassen.
Wie interagieren mechanische Schwingungen mit elektromagnetischen Schwingungen? Mit dieser Frage beschäftigt sich Prof. Silvan Schmid von der TU Wien seit Jahren. Am Institut für Sensor- und Aktuatorsysteme (Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik) arbeitet er mit seinem Team an mikroskopisch kleinen Sensoren, in denen das subtile Wechselspiel zwischen ganz unterschiedlichen Arten von Schwingungen ausgenützt wird.
„Infrarot-Detektoren sind in vielen Fachbereichen unverzichtbar“, sagt Silvan Schmid. „Man braucht sie in der chemischen Analytik, in der Umweltanalytik, zur Qualitätskontrolle in der Pharmaindustrie, oder sogar für die astronomische Grundlagenforschung.“ Allerdings ist es schwierig, hochsensitive Sensoren herzustellen, die auf Infrarotwellen reagieren. Gewöhnliche Fotodioden, wie man sie etwa für Digitalkameras verwendet, funktionieren im Infrarotbereich nicht gut genug.
Doch an der TU Wien setzt man auf ein ganz anderes Konzept – die Nanomechanik: Eine winzige Membran, mit einer Dicke von nur wenigen Nanometern, wird mit einer dünnen Schicht überzogen, die Infrarotstrahlung besonders gut absorbiert. Wenn nun Infrarotlicht auf diese Membran fällt, erwärmt sie sich und verändert dadurch ihre Schwingfrequenz – ähnlich wie sich der Klang einer Trommel leicht verändert, wenn man die Trommelmembran erwärmt.
„Indem wir dieses mechanische Schwingungsverhalten elektronisch erfassen, können wir ermitteln, ob die Membran mit Infrarotstrahlung beleuchtet wurde – und zwar mit beispielloser Empfindlichkeit“, sagt Silvan Schmid. Außerdem musste man bisherige Detektoren auf sehr niedrige Temperaturen bringen – der neue Sensor soll sich ganz ohne Kühlung bei Zimmertemperatur verwenden lassen.
Entscheidende Vorversuche waren bereits erfolgreich. „Wir wissen nun, dass das Konzept funktioniert“, erklärt Silvan Schmid. „Nun geht es darum, einen funktionsfähigen Prototypen zu entwickeln, den man dann auch kommerziell verwerten kann.“
Quelle: TU Wien / Florian Aigner
„Infrarot-Detektoren sind in vielen Fachbereichen unverzichtbar“, sagt Silvan Schmid. „Man braucht sie in der chemischen Analytik, in der Umweltanalytik, zur Qualitätskontrolle in der Pharmaindustrie, oder sogar für die astronomische Grundlagenforschung.“ Allerdings ist es schwierig, hochsensitive Sensoren herzustellen, die auf Infrarotwellen reagieren. Gewöhnliche Fotodioden, wie man sie etwa für Digitalkameras verwendet, funktionieren im Infrarotbereich nicht gut genug.
Doch an der TU Wien setzt man auf ein ganz anderes Konzept – die Nanomechanik: Eine winzige Membran, mit einer Dicke von nur wenigen Nanometern, wird mit einer dünnen Schicht überzogen, die Infrarotstrahlung besonders gut absorbiert. Wenn nun Infrarotlicht auf diese Membran fällt, erwärmt sie sich und verändert dadurch ihre Schwingfrequenz – ähnlich wie sich der Klang einer Trommel leicht verändert, wenn man die Trommelmembran erwärmt.
„Indem wir dieses mechanische Schwingungsverhalten elektronisch erfassen, können wir ermitteln, ob die Membran mit Infrarotstrahlung beleuchtet wurde – und zwar mit beispielloser Empfindlichkeit“, sagt Silvan Schmid. Außerdem musste man bisherige Detektoren auf sehr niedrige Temperaturen bringen – der neue Sensor soll sich ganz ohne Kühlung bei Zimmertemperatur verwenden lassen.
Entscheidende Vorversuche waren bereits erfolgreich. „Wir wissen nun, dass das Konzept funktioniert“, erklärt Silvan Schmid. „Nun geht es darum, einen funktionsfähigen Prototypen zu entwickeln, den man dann auch kommerziell verwerten kann.“
Quelle: TU Wien / Florian Aigner
