Microchip

Einfallsrichtung von Licht mikrosensorisch erkennen

Einfallsrichtung von Licht mikrosensorisch erkennen

Einen winzigen Mikrochip zur Bestimmung der Lichteinfallsrichtung hat das CiS Forschungsinstitut entwickelt und leistet damit einen Beitrag zum Klimaschutz. Die kleine Bauform und die einfache Integrierbarkeit sowie die massentaugliche MEMS-Fertigungstechnologie zeichnen dieses Bauteil aus. Der monolithische Sensor basiert auf vier integrierten Fotodioden in einem 3D-strukturierten Siliziumsubstrat.

Sensoren zur Erkennung des Einfallswinkels von Licht sind z.B. aus Nachführsystemen von Photovoltaikanlagen bekannt. Sie werden eingesetzt, um die Energieeffizienz zu erhöhen. Typischerweise bestehen sie aus mehreren, diskreten Elektronik- und Optikkomponenten, deren Montage aufwändig ist. Fertigungsbedingt sind diese hybriden Aufbauten weniger kompakt und die Exemplar-Streuung der Sensorkennlinien größer.

Die neue RISEQ-Sensortechnologie des CiS Forschungsinstitutes ermöglicht die Entwicklung und Fertigung monolithisch integrierter, richtungssensitiver Sensoren. Das Grundkonzept basiert auf der Integration von vier Fotodioden in den Wänden einer Kavität im Silizium. Je nach Design kann die Größe des Sensorchips unter 1 mm³ betragen. Der monolithische Aufbau des Sensors erweist sich als unempfindlich gegenüber Erschütterungen. Die RISEQ-Sensortechnologie ermöglicht niedrige Herstellungskosten und eine minimale Bauteilstreuung sowie hohe Reproduzierbarkeit Genauigkeit der Winkelbestimmung.

Mit diesen Eigenschaften sind RISEQ-Sensoren attraktiv für alle Anwendungen, die eine richtungs-abhängige Bestimmung des Lichteinfalls benötigen. Ein erstes Einsatzszenario wird in einem laufenden Kooperationsprojekt erprobt. Das ultraflache Sensormodul mit der 4-Quadranten-Fotodiode wird dazu in einer Fensterscheibe integriert und erfasst präzise die Einstrahlrichtung von Tageslicht zur Steuerung fassadenintegrierter Verschattungsanlagen. Andere Anwendungen sind für die Strahlführung in der Lasertechnik, die Regelung smarter Displays oder die Sicherheit im Automobil möglich.

Die beschriebenen Forschungs- und Entwicklungsarbeiten wurden im Forschungsprojekt „Richtungssensitiver Quadran-tendetektor (RISEQ), FKZ: MF130154, sowie im Forschungsprojekt „LightControl“ FKZ: (ZF4001704GM9, ZIM) durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) gefördert.

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SENSOR+TEST 2023