Empfindlichkeitssteigerung bei pyroelektrischen Infrarotsensoren durch interne thermische Verstärkung

In vielen Bereichen des täglichen Lebens kommt der Detektion von Infrarot-(IR)-Strahlung eine immer größere Bedeutung zu. Dafür werden thermische Infrarotsensoren eingesetzt, die in der berührungslosen Temperaturmesstechnik (Pyrometrie), der Infrarotspektrometrie, der Sicherheitstechnik, der zerstörungsfreien Prüftechnik und der medizinischen Diagnostik ein breites Anwendungsspektrum gefunden haben, da sie im Gegensatz zu Photonendetektoren keine Kühlung benötigen und damit vergleichsweise klein und kostengünstig hergestellt werden können. Vor allem die pyroelektrischen Infrarotsensoren haben sich auf dem Gebiet der thermischen Strahlungssensoren zu einem dominierenden Vertreter entwickelt. Für alle genannten Einsatzbereiche steigt der Bedarf an hochempfindlichen ungekühlten Infrarotsensoren kontinuierlich. In diesem Band der Buchreihe „Dresdner Beiträge zur Sensorik“ werden neuartige Ansätze zur Steigerung der Empfindlichkeit pyroelektrischer Einelementsensoren für die Detektion von IR-Strahlung untersucht. Dabei wird z. B. durch eine Strukturierung der Sensoroberfläche in dünne passive und dicke aktive Bereiche erreicht, dass infolge des lateralen Wärmeflusses von den dünnen, passiven Bereichen in die sensitiven Bereiche eine deutlich größere Erwärmung stattfindet. Bei geeigneter Dimensionierung resultiert daraus eine signifikante Verbesserung der Empfindlichkeit derartiger Sensoren. Auf der Grundlage von Modellierungs- und Simulationsergebnissen werden die Verbesserungsmöglichkeiten abgeschätzt und Entwurfsrichtlinien für derartige Sensoren abgeleitet.