08 Nov Miniaturisierter Infrarot-Detektor
Der Prototyp eines miniaturisierten Fourier-Transformation-Wellenleiterspektrometers basiert auf einem Subwellenlängen-Fotodetektor als Lichtsensor; dieser besteht aus kolloidalen Quantenpunkten aus Quecksilbertellurid (HgTe) und ist kompatibel mit komplementärer Metalloxid-Halbleitertechnologie (CMOS).
Quantenpunkt-Detektor fürs IR
Das neue Spektrometer auf Basis eines Quantenpunkt-Fotodetektors, das auf einem einzigen Chip integriert werden kann, weist eine große spektrale Bandbreite und eine moderate spektrale Auflösung von 50 cm-1 bei einem aktiven Gesamtvolumen des Spektrometers von unter 100 × 100 × 100 μm3 auf. Dieses ultrakompakte Design soll es laut den Forschern ermöglichen, optisch-analytische Messinstrumente relativ schnell und einfach in Unterhaltungselektronik und Raumfahrtgeräte zu integrieren. „Die monolithische Integration von IR-Fotodetektoren im Subwellenlängenbereich hat enorme Auswirkungen auf die Skalierung von Fourier-Transformations-Wellenleiterspektrometern“, sagt Ivan Shorubalko, Forscher an der Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt, Empa, in der Schweiz. „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.“ Projektpartner sind die Empa, ETH Zürich, die EPFL, die Universidad de Salamanca, die Europäischen Weltraumorganisation (ESA) und die Universität Basel.
Funktionsweise des IR-Spektrometers. Bild: Lars Lüder
Anwendungen der Miniaturisierung
Die Miniaturisierung von Infrarotspektrometern soll einen breiteren Einsatz in der Konsumgüterelektronik ermöglichen, 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.
Originalpublikation:
[MJ Grotevent, S Yakunin, D Bachmann, C Romero, JR. Vázquez de Aldana, M Madi, Michel Calame, MV Kovalenko, I Shorubalko; Integrated photodetectors for compact Fourier-transform waveguide spectrometers; Nature Photonics (2022); DOI: 10.1038/s41566-022-01088-7; https://www.nature.com/articles/s41566-022-01088-7]
Quelle und Bild: www.empa.ch
