Fraunhofer IPMS พัฒนาเทคโนโลยีเซ็นเซอร์อินฟราเรดรุ่นใหม่

โครงการความร่วมมือระหว่าง Fraunhofer Institute for Photonic Microsystems, Heimann Sensor และ Leibniz Institute for Solid State and Materials Research Dresden มีเป้าหมายในการสร้างรากฐานเทคโนโลยีใหม่สำหรับอาร์เรย์เซ็นเซอร์อินฟราเรดแบบเทอร์โมอิเล็กทริก ความร่วมมือนี้ผสานวัสดุเทอร์โมอิเล็กทริกประสิทธิภาพสูงเข้ากับโครงสร้างพื้นฐานการผลิตที่รองรับ CMOS เพื่อยกระดับความละเอียดของการถ่ายภาพความร้อนสำหรับการวินิจฉัยทางการแพทย์ ระบบการเคลื่อนที่อัตโนมัติ และการตรวจสอบกระบวนการในภาคอุตสาหกรรม

การบูรณาการวัสดุเทอร์โมอิเล็กทริกเข้ากับเทคโนโลยี CMOS
ความก้าวหน้าทางเทคนิคมุ่งเน้นไปที่การแก้ไขข้อจำกัดด้านประสิทธิภาพของวัสดุเทอร์โมคัปเปิลแบบดั้งเดิมที่ใช้ในระบบวัดอุณหภูมิแบบไม่สัมผัส โดยใช้แนวคิดใหม่ของระบบไมโครอิเล็กโทรเมคานิคัล (MEMS) ทีมวิศวกรได้ผสานวัสดุเทอร์โมอิเล็กทริกขั้นสูงเข้ากับสายการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ขนาด 200 มิลลิเมตรโดยตรง กลยุทธ์การบูรณาการนี้มีเป้าหมายเพื่อให้ได้ความละเอียดในการวัดอุณหภูมิต่ำกว่า 20 มิลลิเคลวิน พร้อมกับขนาดพิกเซลที่เล็กกว่า 45 ไมโครเมตร การบรรลุคุณลักษณะดังกล่าวจะทำให้เทคโนโลยีมีระดับความพร้อมทางเทคโนโลยี (Technology Readiness Level: TRL) ระดับ 4 โดยเริ่มต้นจากอาร์เรย์เซ็นเซอร์แบบพาสซีฟ ก่อนพัฒนาไปสู่อาร์เรย์เซ็นเซอร์แบบแอ็กทีฟที่มีวงจรขับเคลื่อน CMOS แบบบูรณาการ

ระบบนิเวศของการประยุกต์ใช้งานและความสามารถของระบบ
การมีความละเอียดในการวัดอุณหภูมิต่ำกว่า 20 มิลลิเคลวินช่วยขยายขอบเขตการใช้งานของเซ็นเซอร์อินฟราเรดแบบเทอร์โมอิเล็กทริกในห่วงโซ่อุปทานดิจิทัลและภาคการแพทย์ สำหรับการวินิจฉัยทางการแพทย์ ความไวต่อความร้อนที่เพิ่มขึ้นช่วยให้สามารถตรวจพบการอักเสบที่มองเห็นได้จากภายนอก และสนับสนุนการตรวจพบโรคในระยะเริ่มต้นจากความแตกต่างของอุณหภูมิผิวหนังเพียงเล็กน้อย ในสถานดูแลผู้สูงอายุหรือผู้ป่วย การถ่ายภาพความร้อนความละเอียดสูงช่วยให้สามารถตรวจจับการหกล้มและเหตุฉุกเฉินทางกายภาพได้โดยอัตโนมัติ โดยไม่ต้องใช้กล้องแบบออปติคัล จึงช่วยรักษาความเป็นส่วนตัวควบคู่กับการเฝ้าติดตามอย่างต่อเนื่อง นอกจากนี้ การผสานรวมอาร์เรย์เซ็นเซอร์ที่มีความไวสูงเหล่านี้เข้ากับระบบยานยนต์อัตโนมัติยังช่วยเพิ่มความสามารถในการรับรู้สภาพแวดล้อม ขณะที่กระบวนการผลิตในภาคอุตสาหกรรมได้รับประโยชน์จากการตรวจวัดด้วยเทอร์โมกราฟีที่มีความแม่นยำสูงและการตรวจสอบกระบวนการแบบอัตโนมัติ

ข้อมูลเพิ่มเติม:
ส่วนนี้อธิบายข้อมูลจำเพาะทางเทคนิคและการเปรียบเทียบกับผลิตภัณฑ์คู่แข่งที่ไม่ได้รวมอยู่ในประกาศผลิตภัณฑ์ต้นฉบับ

ในตลาดระบบถ่ายภาพความร้อน เซ็นเซอร์อินฟราเรดแบบเทอร์โมอิเล็กทริก หรือเทอร์โมไพล์ (Thermopile) มักแข่งขันกับไมโครโบโลมิเตอร์ที่ใช้วัสดุวาเนเดียมออกไซด์และซิลิคอนอสัณฐาน อาร์เรย์เทอร์โมไพล์แบบดั้งเดิมมีข้อดี เช่น การให้สัญญาณแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงโดยตรงและต้นทุนการผลิตที่ต่ำกว่า แต่ในอดีตมีความไวต่ออุณหภูมิต่ำกว่าไมโครโบโลมิเตอร์ โดยทั่วไปมีค่าความแตกต่างของอุณหภูมิเทียบเท่าสัญญาณรบกวน (NETD) มากกว่า 50 มิลลิเคลวิน การตั้งเป้าความละเอียดของอุณหภูมิต่ำกว่า 20 มิลลิเคลวินทำให้อาร์เรย์เทอร์โมอิเล็กทริกที่บูรณาการร่วมกับ CMOS รุ่นใหม่นี้มีประสิทธิภาพเข้าใกล้ไมโครโบโลมิเตอร์แบบไม่ใช้ระบบทำความเย็นระดับสูง ซึ่งโดยทั่วไปมีค่า NETD อยู่ระหว่าง 20 ถึง 40 มิลลิเคลวิน นอกจากนี้ การลดระยะห่างระหว่างพิกเซลให้ต่ำกว่า 45 ไมโครเมตรยังช่วยเพิ่มความละเอียดเชิงพื้นที่ ทำให้เทคโนโลยีเทอร์โมไพล์สามารถแข่งขันได้โดยตรงมากขึ้นในระบบวิชันอุตสาหกรรมความหนาแน่นสูงและการใช้งานด้านการเคลื่อนที่อัตโนมัติ ซึ่งไมโครโบโลมิเตอร์ครองตลาดมาโดยตลอดด้วยระยะห่างระหว่างพิกเซลเพียง 12 ถึง 17 ไมโครเมตร

เรียบเรียงโดย Natania Lyngdoh บรรณาธิการของ Induportals ด้วยความช่วยเหลือจาก AI

www.ipms.fraunhofer.com