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Galliumnitrid-basierte Gunndioden für aktive bildgebende Scanner

Für viele Anwendungen im Bereich der Sensorik und Bildgebung werden kleine Terahertz (THz)-Strahler benötigt, die frequenzstabil schmalbandig elektromagnetische Wellen emittieren. Für den angestrebten Frequenzbereich von 100 GHz bis 700 GHz sind derzeit noch keine kostengünstigen, schmalbandigen THz-Quellen mit kompaktem Aufbau und hoher Ausgangsleistung verfügbar.

Projekt Kick-Off 2017. Personen (v.l.n.r.): M.Sc. Ahid Hajo (Projektteam), M.Sc. Robert Heitzmann (Innovationsmanager der TU Darmstadt, Pioneer Fund), PD Dr.-Ing. Oktay Yilmazoglu (Projektleiter).

Die THz-Generatoren auf Basis der neuen GaN-Gunndioden sollen diese Lücke schließen und damit zum Durchbruch der THz-Strahlung insbesondere für die folgenden spektroskopischen und bildgebenden Anwendungen führen:

Sicherheitstechnik

Auch in der Sicherheitstechnik können stichprobenartige Drogen- oder Sprengstofftests durch breitflächige Kontrollen ersetzt werden. Durch die hohe Leistung unserer Quellen, kann ein Körperscanner aus mehreren Metern Entfernung eingesetzt werden. So können beispielsweise an Flughäfen die Sicherheitskontrollen deutlich beschleunigt und zuverlässiger werden.

Zerstörungsfreie Materialprüfung

THz-Strahlung wird an Grenzflächen reflektiert und ermöglicht dadurch die Qualitätskontrolle von Schweißnähten und den Nachweis von Delaminationen bei integrierten Schaltkreisen. Aufgrund der hohen THz-Ausgangsleistung der GaN-Gunndioden können auch verborgene, tiefliegende Bauteilschäden nachgewiesen werden. Ein besonders aussichtsreiches Einsatzgebiet ist die Qualitätsprüfung von Kunststoffen und Kompositwerkstoffen, bei welchen z. B. Schweißnähte geprüft sowie Einschlüsse und Hohlräume nachgewiesen werden können.

Prozessüberwachung in der Industrie

Die hohe Ausgangsleistung der GaN-Gunndioden ermöglicht es, solche Qualitätsprüfungen an Kunststoffen auch direkt an einer Fertigungslinie (inline) durchzuführen, auch in Prozessen mit hohem Mengendurchsatz. Auch eine Vielzahl weiterer wichtiger industrieller Prozesse, beispielsweise die korrekte Befüllung von Verpackungen, kann mit der GaN-Gunndiode inline überwacht werden.

THz-Scanner für medizinische Anwendungen

In der Medizin können mithilfe von THz-Strahlung Änderungen der H2O-Konzentration in menschlichem Gewebe nachgewiesen und damit erkranktes von gesundem Gewebe unterschieden werden.

Lebensmittelkontrolle

Durch Kombination mehrerer GaN-Gunndioden für verschiedene Frequenzen kann eine spektrale Information gewonnen werden, die zur Frischeprüfung von noch verpackten Lebensmitteln (z. B. Fleisch) geeignet ist.

Gas- und Molekülsensorik

Polare Moleküle weisen charakteristische Absorptionsspektren im THz-Bereich auf. Durch die Kombination mehrerer, exakt auf die Absorptionsmaxima ausgewählter Moleküle abgestimmter GaN-Gunndioden können kostengünstige Detektoren für ausgewählte kritische Substanzen (bestimmte Gase, Drogen und Biomoleküle) bereitgestellt werden.

Mit dem Pioneer Fund Projekt wird ein wesentlicher Schritt in Richtung einer marktfähigen THz-Quelle auf Basis einer GaN-Gunndiode gegangen werden. Ein Demonstrator mit integrierter Antenne soll das Interesse von Firmen und Investoren erhöhen, um eine Anschubfinanzierung auch aus der Industrie zu ermöglichen um die Technologie in ein marktfähiges Produkt zu überführen.

Kontakt

  Name Arbeitsgebiet(e) Kontakt
PD Dr.-Ing. habil. Oktay Yilmazoglu
+49 6151 16-28482
S3|06 527
M.Sc. Ahid Hajo
+49 6151 16-28437
S3|06 514