Innovation aus Thüringen – Neue Generation von Spektroradiometer bietet technologische Souveränität

Das Wirtschaftsnetzwerk ELMUG eG freut sich über die hervorragende Arbeit unseres Mitglieds, dem Institut für Mikroelektronik- und Mechatronik-Systeme gemeinnützige GmbH (IMMS GmbH) und unterstützen es bei seinen Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten.
Mit dem Verbundprojekt PANDIA leistet das IMMS einen wichtigen Beitrag, um innovative Spektroradiometer aus Thüringen zu entwickeln und die regionale Wertschöpfungskette zu stärken.

Spektroradiometer sind unverzichtbare Werkzeuge in vielen wissenschaftlichen und industriellen Anwendungen, die eine präzise Analyse der spektralen Eigenschaften von Licht erfordern. Sie werden weltweit in unterschiedlichsten Bereichen eingesetzt – von der HDR-Display- und Projektorherstellung und Beleuchtungsindustrie über die Photovoltaik, Materialwissenschaft und Umwelttechnik bis hin zur Lebensmittelindustrie, pharmazeutischen Qualitätskontrolle, medizinischen Forschung und Diagnostik.

In Bezug auf Schnelligkeit, Messgenauigkeit, Dynamikbereich und Stabilität erfüllt der weltweite Stand der Technik in einigen Anwendungen jedoch nicht die ökonomischen und technischen Anforderungen, etwa weil die Messungen die Produktion zu lange aufhalten, Umwelteinflüsse wie z.B. hohe Temperaturen die Ergebnisse verfälschen können und dann neue Referenzmessungen und Neukalibrierungen für weitere Verzögerungen sorgen. Grund ist, dass die Geräte bislang auf zugekaufte Detektoren setzen. Zudem werden Komponenten wie mechanische Shutter und für anspruchsvollere Messungen gekühlte Sensoren oder optische Aufbauten genutzt, die eine kompakte Integration in kleine Messgeräte verhindern.

Neuartige integrierte Sensorik für Spektroradiometer

In PANDIA entwickeln die Partner daher erstmals anwendungsspezifische Zeilensensor-Chips. Diese beinhalten zwei neue Sensorkonzepte, die in die Mikroelektronik-Chips integriert werden. Zum einen werden Photodioden-basierte Zeilensensoren mit integrierter elektronischer Dunkelreferenz entwickelt. Diese ersetzen Lösungen mit dem derzeit üblichen mechanischen Shutter, was die Messzeit halbiert und die Robustheit steigert. Zum anderen werden mit der Entwicklung von SPAD-basierten Zeilensensoren Single-Photon-Avalanche-Dioden (SPADs) genutzt, die einzelne Photonen detektieren und so selbst extrem schwache Lichtquellen erfassen können.
Zusätzlich sind in beiden Sensorkonzepten integrierte Analog-Digital-Wandler und Temperatursensoren vorgesehen, was die Messgenauigkeit erhöht und die Systemintegration erleichtert.

X-FAB, JETI und IMMS bündeln Expertise

Das Projekt vereint die Stärken dreier Thüringer Partner: Das IMMS koordiniert das Projekt, entwickelt die mikroelektronischen Sensor-Chips vom Schaltplan über Layout und Simulation bis zur Inbetriebnahme und unterstützt bei der Integration in die Spektroradiometer.

JETI bringt seine Erfahrung in der Entwicklung und Vermarktung von Spektroradiometern ein und integriert die neuen Sensoren in Demonstratoren für Eignungstests sowie in Labormuster, die anwendungsnah unter realen Bedingungen evaluiert werden. X-FAB stellt die Halbleitertechnologie XS018 bereit und liefert optimierte Photodioden und SPADs. Mit dieser engen Zusammenarbeit wird die regionale Wertschöpfungskette von der Halbleiterfertigung über die Forschung bis zum Endprodukt geschlossen.
Beitrag zur technologischen Souveränität
Mit PANDIA wird Thüringen unabhängiger von außereuropäischen Zulieferern für kritische Sensorkomponenten. Die neue Generation von Spektroradiometern wird schneller, empfindlicher und robuster sein und so die internationale Wettbewerbsfähigkeit der beteiligten Partner stärken. Gleichzeitig trägt das Projekt zur wirtschaftlichen Entwicklung der Region bei, indem es die Innovationskraft der zwei Thüringer Schlüsselbranchen Optik/Photonik und Mikroelektronik vernetzt.

Hintergrundinformationen

IMMS Institut für Mikroelektronik- und Mechatronik-Systeme gemeinnützige GmbH (IMMS GmbH)
Das IMMS unterstützt Unternehmen, international erfolgreiche Innovationen für Gesundheit, Umwelt und Industrie auf den Weg zu bringen und begleitet sie von der Machbarkeitsstudie bis zur Serienreife. Es bringt Unternehmen mit anwendungsorientierter Forschung und Entwicklung in der Mikroelektronik, Systemtechnik und Mechatronik voran und transferiert Ergebnisse der Grundlagenforschung in Anwendungen. Das IMMS wurde 1995 als ein landeseigenes Unternehmen des Freistaats Thüringen gegründet und ist ein An-Institut der TU Ilmenau. Es arbeitet mit einem Team aus rund 90 Personen am Hauptsitz in Ilmenau und im Institutsteil in Erfurt.
Homepage: https://www.imms.de/

X-FAB Global Services GmbH
X-FAB ist eine globale Foundry-Gruppe, die ihren Kunden mit einem umfassenden Angebot an Spezialtechnologien und Design-IP die Entwicklung weltweit führender Halbleiterprodukte ermöglicht. Diese werden in den sechs Waferfabriken von X-FAB in Malaysia, Deutschland, Frankreich und den USA gefertigt. Mit langjähriger Expertise in den Bereichen Analog-/Mixed-Signal-Technologien, Mikrosysteme/MEMS und Siliziumkarbid (SiC) ist X-FAB der Entwicklungs- und Fertigungspartner für seine Kunden, die vor allem die Endmärkte Automobil, Industrie und Medizin bedienen. X-FAB beschäftigt rund 4.500 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter und ist seit April 2017 an der Euronext Paris notiert (XFAB). https://www.xfab.com/

JETI Technische Instrumente GmbH
Die JETI Technische Instrumente GmbH mit Sitz in Jena entwickelt seit über 25 Jahren hochwertige spektroskopische Messsysteme „Made in Germany“. Als Spezialist für Spektroradiometer, Spektrometer und Ausleseelektronik bietet JETI Lösungen aus einer Hand – von der Komponente bis zum kompletten System. Die Produkte kommen weltweit in vielfältigen Anwendungen zum Einsatz, etwa in der Lichtmesstechnik, Displaykalibrierung, LED-Charakterisierung oder bei photobiologischen Sicherheitsanalysen. Mit enger Anbindung an Forschung und Industrie steht JETI für Präzision, Innovation und optische Kompetenz. https://www.jeti.com/