Thermische IR-Detektoren

Höhere Messgenauigkeit aufgrund neuartiger Materialien

Thermopiles sind elektrische Bauelemente, die Infrarotstrahlung über den sogenannten Seebeck-Effekt (auch thermoelektrischer Effekt) direkt in elektrische Energie wandeln. An der Verbindungsstelle zweier elektrisch leitender Materialien entsteht eine temperaturabhängige Spannung, sofern an der Stelle die Temperatur von der Umgebungstemperatur abweicht.

Am Fraunhofer IPM entwickeln wir Thermopiles auf Basis neuartiger Materialien, die Temperaturen empfindlicher und genauer detektieren als bisher verfügbare Thermopiles. Dazu setzen wir auf das Material Bismuttellurid (Bi₂Te₃), das bei Raumtemperatur eine besonders hohe thermoelektrische Gütezahl besitzt. Durch eine gezielte Kombination aus Design und Materialien können wir die Empfindlichkeit der Thermopiles optimieren und so Temperaturen mit deutlich höherer Genauigkeit messen. Das macht die Thermopiles interessant  für den Einsatz in zum Beispiel thermischen Strahlungsdetektoren, Kalorimeterstrukturen oder Wärmeflusssensoren.

Thermische Simulationen und speziell ausgestattete Labore ermöglichen eine optimale Materialentwicklung

Entwicklungsbegleitend führen wir thermische Simulationen durch. Schon im Vorfeld der technischen Umsetzung lassen sich damit die Effizienz und thermische Ankopplung der Thermopiles berechnen sowie deren Bauteilgeometrie optimieren – wodurch wir die Entwicklungszeiten erheblich reduziert können.

In speziell ausgerüsteten Laboren entwickeln wir Prozesse zur Abscheidung und Mikrostrukturierung hocheffizienter thermoelektrischer Materialien wie Bismuttellurid oder Bismutantimonid. Des Weiteren entwickeln wir Thermopilestrukturen mit optimierten IR-Absorberschichten auf dünnen Membranen, um damit Wärmestrahlung bzw. Temperaturen dynamisch und ortsaufgelöst zu detektieren.

In unseren Laboren steht uns eine Vielzahl an qualifizierten Messmethoden zur Verfügung, mit denen wir die Material- und thermischen Eigenschaften der entwickelten Sensoren exakt bestimmen können.