Verbundprojekt: Miniaturisierte Infrarot-basierte Sensorsysteme - MIRS -; Teilvorhaben: Entwicklung und Validierung von pyroelektrischem AlScN sowie von Optiken auf Waferebene für IR-basierte Sensorsysteme

Ungekühlte IR-Sensoren und Sensorarrays haben in den letzten Jahren rasante Fortschritte erzielt und bereits im semiprofessionellen Markt Verbreitung gefunden. Trotz ihres weit reichenden Anwendungspotenzials z.B. zur Personendetektion oder als Spot-Thermometer ist jedoch kurz vor der Schwelle zum Massenprodukt eine Stagnation eingetreten. Primär sind dafür die hohen Kosten für die Optik verantwortlich – teure Materialien und aufwändige Assemblierung machen heute einen Großteil des Produktpreises aus. Das Projekt MIRS zielt auf eine radikale Kostenreduktion, indem u.a. die optische Integration auf die Waferebene verlagert wird. Das hier vorgestellte Teilprojekt der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) behandelt die Entwicklung und Charakterisierung eines neuen pyroelektrischen Materials (Aluminium-Scandium-Nitrid, AlScN) sowie von Optiken auf Waferebene für IR-Sensoren. Ziel ist hierbei eine allgemeine Erhöhung der Sensitivität, insbesondere gegenüber Bewegungen. Eine kostengünstigere, energieeffizientere und platzsparendere Lösung für z.B. Personenerkennung könnte damit verfügbar gemacht werden. Die Prozessentwicklung und Charakterisierung von AlScN mit maximalen pyroelektrischen Eigenschaften wird im Kieler Nanolabor erfolgen. Sie wird zunächst auf dem Co-Sputter-Verfahren (zwei Targets) basieren. Um einen Übergang auf eine Produktionsanlage zu ermöglichen, soll der Prozess im Anschluss auf ein einzelnes Target überführt werden. Zur pyroelektrischen Charakterisierung der Schichten wird zudem ein Messaufbau, basierend auf einer modulierten IR-Quelle mit definierter Strahlungsintensität, entwickelt. Das Design und die Simulation von optischen Komponenten auf Waferebene erfolgt mit der FEM Software COMSOL und entsprechenden Optik-Paketen. Eine nachfolgende Charakterisierung der dann durch den Projektpartner ISIT hergestellten Bauteile wird mittels IR Messtechnik ebenfalls an der CAU durchgeführt.