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05.02.2023

27.10.2022

Miniaturisierte Infrarot-Detektoren durch Integration auf einem Chip

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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.

Ein Team von Wissenschaftlern 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).

Enorme Auswirkungen auf Spektrometer verschiedener Art - und in verschiedenen Bereichen

Das neue Spektrometer weist eine große spektrale Bandbreite und eine moderate spektrale Auflösung von 50 cm-1 bei einem aktiven Gesamtvolumen des Spektrometers von unter 100 μm x 100 μm x 100 μm 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."

» Originalpublikation

Quelle: Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (EMPA)