Pyroelektrische. Gerätetechnik. V. Norkus

Ähnliche Dokumente
Who we are and what we do.

Thermische Infrarotsensoren

Stand und Tendenzen thermischer Infrarot-Sensoren für die Thermografie. Helmut Budzier, Gerald Gerlach. Institut für Festkörperelektronik

Mikrosystemtechnische Ansätze für kleinste Spektralanalysesystem im NIR

Thermische Empfänger Bolometer, Strahlungsthermoelemente, Thermosäulen, pyroelektrische Detektoren, Golay-Zellen. Temperaturänderung

Thermische Empfänger Bolometer, Strahlungsthermoelemente, Thermosäulen, pyroelektrische Detektoren, Golay-Zellen. Temperaturänderung

Gegenüberstellung von Messungen mit zwei High-End- Thermographie-Systemen mit unterschiedlicher spektraler Sensitivität

IR-optische Charakterisierung keramischer Wärmedämmschichten unter extremen Bedingungen zur berührungslosen Temperaturmessung in Heißgasturbinen

IR-Empfänger für Fernbedienungen IR-Receiver for Remote Control Systems SFH 5110 SFH 5111

IR-Empfänger für Fernbedienungen IR-Receiver for Remote Control Systems SFH 5110 SFH 5111

Verhalten von Farbproben mit Hochleistungs-Leuchtdioden

Anschlußtechnologie, Verpackung

DatasheetArchive.com. Request For Quotation

Pyrometer 1. Laborpyrometer

Sterne (9) Elektrooptische Detektoren

Detektortypen. D * in cm Hz ½ W -1. Thermosäule , s 0, Thermisch

Fibre Bragg Grating Sensors

Teil 1 Schwingungsspektroskopie. Dr. Christian Merten, Ruhr-Uni Bochum, WiSe 2016/17

Referat Infrarot-Sensor

Entwicklung einer automatischen

Ultrakurze Lichtimpulse und THz Physik

MERTIS und ESA s BepiColombo Mission zum MERKUR. MErcury Radiometer & Thermal Infrared Spectrometer. Mission: 6+ Years / 2022

Surface not flat ø = GEX Maße in mm, wenn nicht anders angegeben/dimensions in mm, unless otherwise specified.

Hochminiaturisierte Drucksensoren Integrierte elektronische Systeme

Infrarotthermographie

Physik und Sensorik. Photodetektoren. Chemnitz 8. Oktober 2017 Prof. Dr. Uli Schwarz

Prozessoptimierung und Qualitätssicherung am Beispiel von Wärmebildsystemen aus der Raytek-Lieferpalette. Überblick

MATERIALIEN UND OBJEKTIVE FÜR INFRAROTANWENDUNGEN. Dipl.- Phys. Konrad Hentschel Sill Optics GmbH & Co. KG

CATALOGUE Radiation Detectors

Erweiterung einer Apparatur zur winkelabhängigen Bestimmung des Emissionsgrades bei hohen Temperaturen

Infrarotsensoren. B. Bilgrim O. Seibertz Gruppe B - 3

luxcontrol-lichtsteuerungen Sensoren smartswitch 5DP 14f Automatisches Schalten abhängig von Anwesenheit und Lichtwert

BPX 80 BPX NPN-Silizium-Fototransistor Zeilen Silicon NPN Phototransistor Arrays BPX 80 BPX

Annährungssensoren. Induktive Sensoren. Kapazitive Sensoren. Ultraschall-Sensoren. Optische Anährungssensoren

10. Thermodynamik Wärmetransport Wämeleitung Konvektion Wärmestrahlung Der Treibhauseffekt. 10.

4.1.2 Berührungslose Temperaturmessung. Berührungslose Temperaturmessung

Untersuchungen zur Verbesserung der Strahlenhärte von CMOS-Sensoren zum Einsatz in Vertexdetektoren von Schwerionenexperimenten

Webinar Drahtbonden 2016

Opto Semiconductors. Vorläufige Daten / Preliminary Data

Grundlagen. Wandlerprinzip und Kenngrößen pyroelektrischer Detektoren

NPN-Silizium-Fototransistor Silicon NPN Phototransistor BP 103-4

Optische Methoden in der Messtechnik. welcome back!

Ein Bild sagt mehr als 1000 Spektren Bildgebende IR- und Raman-Mikroskopie

Maßeinheiten der Wärmelehre

Die ATLAS Pixel Story

SINGLE SMD. FLEXIBLE MODULEs.

1 Einleitung. 1.1 Infrarotstrahlung Technische Anwendungen

Optische Sensorik in industriellen Applikationen

GaAs-IR-Lumineszenzdiode GaAs Infrared Emitter LD 274

BPY 62. NPN-Silizium-Fototransistor Silicon NPN Phototransistor BPY 62. Wesentliche Merkmale

HIGH POWER. FLEXIBLE MODULEs.

Änderungen und Irrtümer vorbehalten. Abbildungen ähnlich

Thermographische Erkennung von Auffälligkeiten an Rotorblättern - nach der Herstellung, im Betrieb und während der Inspektion -

Breitbandige optoelektrische E-Feld- Sensoren mit minimaler Feldwechselwirkung

Photonenzählende Detektoren in der medizinischen Bildgebung: Grundlagen, Anwendungen und Prüfmöglichkeiten

luxcontrol-lichtsteuerungen Sensoren smartswitch 5DP 14f Automatisches Schalten abhängig von Anwesenheit und Lichtwert

SFH 300 SFH 300 FA. ṄPN-Silizium-Fototransistor Silicon NPN Phototransistor SFH 300 SFH 300 FA

Gläser als Fluoreszenzstandards für die Mikroskopie

9. Wärmelehre. 9.5 Wärmetransport Wärmeleitung Konvektion Der Treibhauseffekt. 9. Wärmelehre Physik für Informatiker

Wärmeleitfähigkeitsbestimmung in nicht durchströmten Metallschäumen

UF typ. [V] Abstrahlwinkel [deg.] ST39AH TO39 Hemispherical ,3 7 ST39BF TO39 Flat ,4 120 ST39BB TO39 Ball ,4 7

Optik in Smartphones. Proseminar Technische Informatik Fabio Becker 9. Juli 2014

B57164 K 164. Temperaturmessung. Bedrahtete Scheiben. R/R N Nenntemperatur

Real- und Imaginärteil der komplexen Dielektrizitätskonstante. Funktion der Frequenz. Brechungsindex einiger gebräuchlicher

Entwicklung von PVT-Kollektoren: ein Überblick

B 270 Superwite D 0092

Erzeugung durchstimmbarer Laserstrahlung. Laser. Seminarvortrag von Daniel Englisch

Mikrofonie. Wirkung mechanischer Einflüsse auf Detektoren und Gegenmaßnahmen

Gepulste Laser PD Dr.-Ing. Cemal Esen Lehrstuhl für Laseranwendungstechnik

Maβe in mm, wenn nicht anders angegeben/dimensions in mm, unless otherwise specified.

9. Thermodynamik. 9.5 Wärmetransport Wärmeleitung Konvektion Der Treibhauseffekt. 9. Thermodynamik Physik für E-Techniker

F limyé. Automotive Professional Consumer

DatasheetArchive.com. Request For Quotation

F O R H I G H E R P R O D U C T I V I T Y. Neue Meß- und Regelmethoden für höhere Produktivität

9. Thermodynamik. 9.5 Wärmetransport Wärmeleitung Konvektion Der Treibhauseffekt. 9. Thermodynamik Physik für E-Techniker

Measurement of the Thermophysical Properties of Phase Change Materials using Laser Flash

Simulation von Wolkenwachstum und Strahlungstransfer in der Atmosphäre. 18. November 2009 David Neubauer

7. Dielektrische Eigenschaften von Festkörpern

ZnO-Arresters for Overvoltage Protection in Pulsed Power Circuits

Elektronische Magnetschalter

ø GEO GEX Maße in mm, wenn nicht anders angegeben/dimensions in mm, unless otherwise specified.

3ω Messung an dünnen Schichten Eine Unsicherheitsanalyse

Laserstrahlung auf Werkstoff

M12 Verteilerinsel / M12 Splitter box

Sensorenvergleich (Zeilen vs. Flächenscanner) Prof. Dr.-Ing. Manfred Ehlers

UCN-Dichte in kalter Quelle

Wellenlängenspektrum der elektromagnetischen Strahlung

HIS-VIS Kamera. » High Performance Hyper Spectral Imaging. » Data Sheet. Kontinuierliche Echtzeit VIS Hyperspektrale Kamera

Prüfstände für Receiver von Parabolrinnenkraftwerken B. Schiricke, E. Lüpfert, J. Pernpeintner, N. Lichtenthäler, A. Macke

Breitbandige Erfassung von Ultraschallemissionen mit einem laserinterferometrischen Sensor

Spektroskopie. im IR- und UV/VIS-Bereich. Proben, Probengefässe, Probenvorbereitung.

Webinar: Wärmemanagement 2013 Würth Elektronik Circuit Board Technology

S. Seeger, M. Weise, J. Reck, K. Ellmer, R. Mientus

Test report. Bericht Nr.: PH001/10. Gruppe Physik Seite 1 von 6. Liquisol Mr. Tom Huymans Lindberg Oelegem BELGIUM. Client: Order No.

RGB RAINBOW. FLEXIBLE MODULEs.

HVG-Mitteilung Nr. 2103

Bestimmung der spezifischen Wärmekapazität auf der Basis von Laserflashmessungen

1. Systematik der Werkstoffe 10 Punkte

Systemtheorie Statischer Fourier-Spektrometer - Modellierung und Implementierung

Spektrale Messungen kohärenter Synchrotronstrahlung bei FLASH

Transkript:

Institut für Festkörperelektronik Pyroelektrische Infrarotsensoren in der Gerätetechnik V. Norkus

Gliederung 1 Einführung 2 Pyroelektrische Infrarotsensoren 3 Eigenschaften pyroelektrischer Sensoren 3.1 Einelementsensoren 32 3.2 Zeilensensoren 4 Sensoranwendungen in der Gerätetechnik 5 Zusammenfassung Dr. V. Norkus, TU Dresden, IFE, 01062 Dresden volkmar.norkus@tu-dresden.de

1 Einführung - Gehören zur Gruppe der thermischen Infrarotsensoren - Können bei Raumtemperatur betrieben werden - Prinzipiell eine homogene spektrale Empfindlichkeit im Wellenlängenbereich von 800nm bis 25 µm - Klein, robust und kostengünstig - Anwendung in der Pyrometrie, Spektrometrie und Sicherheits- technik - Zunehmend Nachfrage nach hohem Signal-Rausch-Abstand

Prinzipielle Funktionsweise thermischer Infrarotsensoren thermische Wandlung thermisch-elektrische Wandlung Φ S (t) T P (t) X(t) - Absorption des Infrarotstrahlungsflusses - Änderung der Temperatur im empfindlichen Element - Änderung einer elektrisch auswertbaren Größe

Thermische Einflussgrößen Empfindliches Element A S H P G T τ W Φ (t) α T P (t) d P Wärmestrom Φ (t) Einfallender Strahlungsfluss τ w Fenstertransmissionsgrad Wärmesenke α Absorptionsgrad A S Empfindliche Fläche d P Dicke empfindliches Element T P P( (t) Temperatur empfindliches Element H P Wärmekapazität G T Wärmeleitwert Umgebungstemperatur T A

2 Pyroelektrische Infrarotsensoren Prinzipielle Funktionsweise - Basieren auf dem pyroelektrischen Effekt - Änderung der spontanen Polarisation bei Temperaturänderung in pyroelektrischen Materialien (LiTaO 3, TGS, PZT usw.) thermische thermisch-elektrische elektrische Φ (t) T P (t) i P (t) elektrische u S (t) Wandlung Wandlung Wandlung

Prinzipieller Aufbau eines pyroelektrischen Sensors Empfindliches Element Vorverstärker z Rückelektrode u S u R y x Pyroelektrischer Chip Frontelektrode

Forderungen zur Sicherung eines hohen Signal-Rausch-Abstandes - Sehr dünne empfindliche Elemente (50 µm 20 µm 5 µm) - Hoher Absorptionsgrad α des empfindlichen Elementes - Gute thermische h Isolation des empfindlichen Elementes Entwicklung entsprechender Sensortechnologien am IFE

Layouts pyroelektrischer Chips Pyroelectric chip Responsive element Perforation Back electrode Front electrode

3 Eigenschaften pyroelektrischer Sensoren 3.1 Einelementsensoren Typische Eigenschaften von LiTaO 3 Sensoren (500 K, 10 Hz, 1 Hz, τ F = 1) Type of sensor LT LT-I LTS* LTS*-I LT-I LTS*-I d P [µm] 20 5 20 5 5 5 A S [mm 2 ] 2x2 2x2 2x2 2x2 1x1 1x1 S V [V/W ] 380 350 540 500 1200 1750 D* [x10 8 cm Hz 1/2 W -1 ] 5 8 8 12 8 12 * with metal black layer

Spezifische Detektivität von LiTaO 3 Sensoren (A S = 2x2 mm 2 ) 1,00E+10 1,00E+09 D* in cm Hz 1/2 W -1 20 µm 5 µm 1,00E+08 1,00E+07 1,00 10,00 100,00 1000,00 f in Hz

Silber-Absorptionsschwarzschichten

Spektrale Empfindlichkeit von LiTaO 3 Sensoren (A S = 2x2 mm 2 ) 300 250 n V/W R Vλ (15 Hz) i 200 150 100 50 450nm NiCr-absorber 750nm NiCr-absorber 1150nm NiCr-absorber 10µm silver-black coating without absorber 0 1 3 5 7 9 11 13 15 λ in µm

3.2 Zeilensensoren Schematischer Aufbau und technische Realisierung Pyroelectric chip Responsive elements Read-out circuit Ceramic carrier Bonding bridges IR window Support Read-out circuit Black coating Support

Zeilenchiplayouts Pyroelectric chip Responsive element Back electrode Bond pad Thermal isolation trench Back electrode groove

Typische Konfigurationen von Zeilensensoren Type Number of elements Pitch [ µm ] Size of element [ µm 2 ] 128LT 128 100 90 x 100 128LTI* 128 100 90 x 100 256LTI 256 50 42 x 100 128LT SP0.5 128 100 90 x 500 128LT SP1.0 128 100 90 x 1000 128LTI SP0.5 128 100 90 x 500 128LTI SP1.0 128 100 90 x 1000 256LTI SP0.5 256 50 42 x 500 256LTI SP1.0 256 50 42 x 1000 *- higher responsivity because of thinner elements

Typische Eigenschaften von Zeilensensoren (128 Hz, RT) Type of array 128LT 128LTI 256LTI 256LTI* Size of elements [ µm 2 ] 90 x 100 90 x 100 42x100 42x100 Pitch [ µm ] 100 100 50 50 Element thickness [ µm ] 20 5 5 3 Responsivity R V [ VW -1 ] 230.000000 540.000000 620.000000 1000.000 Variation R V [%] 5 5 5 5 NEP [ nw ] 3 1.5 1.1 0.7 MTF (R = 3 lp/mm ) 0.6 0.6 0.6 0.6 * - in development

Typische Empfindlichkeitsverteilung, dp = 5 µm 1.2 1 0.8 R0 R/R 06 0.6 0.4 0.2 0 0 32 64 96 128 160 192 224 256 Pixel

4 Sensoranwendungen in der Gerätetechnik Anwendung pyroelektrischer Sensoren : - Geräte zur berührungslosen Temperaturmessung - Spektrometer - Gasanalysegeräte (z. B. CO 2, CO, Ozon,...) - Geräte zur Stofferkennung (Recycling, ) - Medizintechnik (Atemgaskontrolle, Blutzuckermessung, ) - Militärtechnik (Scharfschaltsysteme,.) - PIR-Bewegungsmelder (Sicherungstechnik, Schalter, ) - Brandmelder - Wärmebildsysteme

Pyrometrie, zeilenförmig Zeilenkamerasystem PYROLINE 256, DIAS Infrared

Gasanalyse ssion in % 100 90 80 70 60 50 Ge CaF2 ZnSe 8-14 µm 3,39 µm 3,79 µm 4,26 µm 4,86 µm Transmi 40 30 20 10 0 0 5 10 15 20 25 Wavelength λ in μm

Prinzip Gitterspektrometer Imaged spectrum Radiation source Position of the linear array Entrance slit Imaging concave grating

Gitterspektrometer Ethanol [NIST] Ethanol Methan 100 80 Radiator T [%] 60 40 Optical grating Linear array wih evaluation unit 20 0 2,8 3 3,2 3,4 3,6 3,8 λ [µm]

PIR-Bewegungsmelder

Anordnung eines Zeilensensormoduls zur Türraumdetektion

5 Zusammenfassung Entwicklung pyroelektrischer Infrarotsensoren am IFE Sensoren mit hohem Signal-Rausch-Abstand Flexible Sensortechnologie vorhanden Entwicklung anwenderspezifischer Sensoren bis zum Prototyp Fertigung der Sensoren bei DIAS Infrared GmbH