Für ein „Laboratory to go“
Miniaturisierte Infrarot-Detektoren
Ein Team von Wissenschaftlern unter der Leitung des Empa-Forschers Ivan Shorubalko hat ein Miniaturisierungsverfahren für IR-Spektrometer auf Basis eines Quantenpunkt-Photodetektors entwickelt, das auf einem Chip integriert werden kann.
Die Miniaturisierung von Infrarotspektrometern macht einen breiteren Einsatz möglich: ob 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 könnten sie für den Nachweis gefälschter Medikamente und von Treibhausgasen wie Methan und Kohlendioxid 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 den 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), wie sie im Fachmedium „Nature Photonics“ berichten.
Einsatzmöglichkeiten für verschiedene Bereiche
Das entwickelte 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. Mit diesem kompakten Design des Spektrometers ist es möglich, optisch-analytische Messinstrumente nach Empa-Angaben 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.“
Publikation: Grotevent, M.J., Yakunin, S., Bachmann, D. et al.: Integrated photodetectors for compact Fourier-transform waveguide spectrometers. Nat. Photon. (2022); https://doi.org/10.1038/s41566-022-01088-7
Quelle: Empa
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