HITACT - Hochdetektive Infrarot Thermopile Arrays mit CMOS Integration von Telluriden

Thermoelektrische (TE) Infrarot-(IR-)Sensorarrays werden häufig zur berührungslosen Temperaturmessung und Wärmebildgebung in der industriellen Prozessüberwachung, der medizinischen Diagnostik, Sicherheitssystemen und der Umweltüberwachung eingesetzt. Diese Arrays kombinieren in der Regel infrarotempfindliche Thermopile-Pixel mit einer komplementären Metalloxid-Halbleiter-(CMOS-)Steuerelektronik. Ihre Leistungsfähigkeit wird hauptsächlich durch die Temperaturauflösung, ausgedrückt als rauschäquivalente Temperaturdifferenz (Noise Equivalent Temperature Difference, NETD), sowie durch die Pixelgröße bestimmt.

Derzeit kommen in kommerziellen Thermopile-Arrays überwiegend dotierte Polysilizium-Thermoelemente zum Einsatz, deren begrenzte thermoelektrische Leistungsfähigkeit die erreichbare Temperaturempfindlichkeit und das Anwendungspotenzial einschränkt. Die Integration von Materialien mit besseren thermoelektrischen Eigenschaften bietet die Möglichkeit, diese Einschränkungen zu überwinden. Das Hauptziel dieses Projekts besteht darin, die technologischen Grundlagen für eine neue Generation leistungsfähiger thermoelektrischer IR-Sensorarrays zu schaffen, indem Bismuttellurid (Bi₂Te₃) und Antimontellurid (Sb₂Te₃) in eine CMOS-kompatible System-on-Chip-Technologie integriert werden. Im Mittelpunkt des Projekts steht die Entwicklung der erforderlichen Fertigungsprozesse und Verfahren zur Realisierung eines neuartigen Bauelementkonzepts, das diese thermoelektrischen Materialien nutzt.

Die technologische Machbarkeit soll durch die Herstellung und Evaluierung passiver Sensorarrays mit einer begrenzten Anzahl von Pixeln nachgewiesen werden. Langfristig zielt das Projekt darauf ab, hochsensitive, miniaturisierte IR-Thermopile-Arrays zu ermöglichen und die Voraussetzungen für deren skalierbare Fertigung in der 200-mm-Produktionslinie ADMONT KET zu schaffen.