Smart and Healthy Living, Halbleiterbasierte Technologien

Mit Nanostrukturen auf dem Weg zur Mikrospektroskopie

31.7.2017

© Foto Fraunhofer ENAS

Shutter mit nanostrukturierter Oberfläche und rasterelektronenmikroskopische Aufnahme der Komposit- Membran.

Smarte Helfer für Alltagsprobleme sind voll im Trend. So zum Beispiel auch bei der Frage, welche Frucht in der Obstabteilung wohl die süßeste sei? Mit Infrarot-spektroskopischen Analysemethoden könnte die Antwort in Zukunft einfach per Handy-App ermittelt werden. Ebenso sind die Detektion und die Stoffanalyse schädlicher Substanzen in Wasser, Nahrungsmitteln oder die Stoff-Analyse von Kleidung und Schuhen Anwendungsgebiete für diese Analysemethode.

Allerdings sind diese Analysen nur dann effektiv nutzbar, wenn die Komponenten extrem klein und kostengünstig herstellbar sind. Nanostrukturierte Oberflächen in Mikrosensoren bieten hier viele nützliche Funktionen. So entwickelten Forscher des Fraunhofer ENAS einen Infrarot-Shutter, der im mittleren Infrarotbereich herkömmliche optische Modulatoren ablöst und nahezu keine elektrische Leistung im Betrieb benötigt.

Dabei ist ein mikromechanisches Bauteil mit einer beweglichen Komposit-Membran in einem bestimmten Abstand über dem Substrat des Siliziumchips angebracht. Regelmäßig als Array angeordnete Durchbrüche in der Membran erzeugen Plasmonenresonanzen, die durch Kombination mit Fabry- Pérot-Resonanzen Infrarotstrahlung passieren lassen. Beim Anlegen einer elektrischen Spannung legt sich die Komposit-Membran an das Substrat des Chips an. Innerhalb weniger Mikrosekunden werden die Resonanzen unterdrückt und das Bauteil blockiert die Infrarotstrahlung weitgehend. Funktionsdemonstratoren zur Erprobung in Analysesystemen stehen zur Verfügung und werden von Industriepartnern getestet.