DE102012103662B3 - Infrared radiation source e.g. infrared-thin film radiator of infrared absorption measurement system used for analysis of exhaust gas of passenger car, has emissivity-increasing layer formed on heating conductor resistor layer - Google Patents

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Abstract

The infrared radiation source (1) has cantilevered layer structure that is formed from radiator element (2), heating conductor resistor layer (3) and emissivity-increasing layer (4). The emissivity-increasing layer is provided on heating conductor resistor layer so as to increase the optical emissivity of the radiator element. The heating conductor resistor layer and emissivity-increasing layer are made up of equaled material. The heat-conducting resistance layer is porous layer. An independent claim is included for method for manufacturing infrared radiation source.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Infrarotstrahlungsquelle, die als ein Infrarot-Dünnschichtstrahler ausgebildet ist, wobei ein Infrarotstrahlung aussendendes Strahlerelement des Infrarot-Dünnschichtstrahlers als eine freitragende Lagenstruktur ausgebildet ist, welche wenigstens eine Heizleiter-Widerstandslage und wenigstens eine darauf ausgebildete emissionsgraderhöhende Schicht aufweist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen einer in Form eines Infrarot-Dünnschichtstrahlers ausgebildeten Infrarotstrahlungsquelle, wobei zur Ausbildung eines Infrarotstrahlung aussendenden Strahlerelementes des Infrarot-Dünnschichtstrahlers auf wenigstens einer Heizleiter-Widerstandslage wenigstens eine emissionsgraderhöhende Schicht vorgesehen und das Strahlerelement zu einer freitragenden Lagenstruktur strukturiert wird.The present invention relates to an infrared radiation source which is formed as an infrared thin-film radiator, wherein an infrared radiating emitter element of the infrared thin-film radiator is formed as a cantilevered layer structure having at least one Heizleiter resistance layer and at least one emissive grain layer formed thereon. The invention further relates to a method for producing an infrared radiation source embodied in the form of an infrared thin-film radiator, wherein at least one emissivity gradient layer is provided on at least one heat conductor resistance layer to form an infrared radiation radiating element of the infrared thin-film radiator and the radiator element is patterned into a self-supporting layer structure.

Die Infrarot-Absorptionsanalytik ist das führende Verfahren für den Nachweis von Stoffen, insbesondere Fluiden (d. h. Gase und Flüssigkeiten), und deren Konzentration. Dabei ist insbesondere der Spektralbereich λ = (1...20) μm von technischem Interesse, weil hier die charakteristischen Absorptionsbanden vieler Verbindungen liegen. Aufgrund der hohen Stabilität und Reproduzierbarkeit der Infrarot-Gasanalyse wird diese für bestimmte Untersuchungen vom Gesetzgeber zwingend vorgeschrieben (z. B. PKW-Abgasanalyse). Gasdetektoren, die auf dem Prinzip der Infrarot-Absorptionsspektrometrie beruhen, zeichnen sich gegenüber Festkörpersensoren durch eine hohe Auflösung, gute Langzeitstabilität und Reproduzierbarkeit sowie universelle Anwendbarkeit aus. Hierbei unterscheidet man dispersive und nicht-dispersive Infrarot-Gasanalysatoren, wobei letztere den Markt bestimmen.Infrared absorption analysis is the leading method for detecting substances, especially fluids (i.e., gases and liquids), and their concentration. In particular, the spectral range λ = (1... 20) μm is of technical interest because here are the characteristic absorption bands of many compounds. Due to the high stability and reproducibility of the infrared gas analysis, this is mandatory for certain investigations by the legislator (eg car exhaust gas analysis). Gas detectors, which are based on the principle of infrared absorption spectrometry, are distinguished over solid-state sensors by a high resolution, good long-term stability and reproducibility and universal applicability. A distinction is made here between dispersive and non-dispersive infrared gas analyzers, the latter determining the market.

Die Geschichte der Nicht-Dispersiven-Infrarot(NDIR)-Gasanalyse begann 1938 mit der Einreichung der Patentanmeldung DE 730478 A . Ein Infrarot-Gasanalysator besteht im Wesentlichen aus einer Infrarotstrahlungsquelle, einer Küvette mit dem zu messenden Gas und einem Infrarotdetektor, die entlang einer optischen Achse montiert sind. Als Infrarotstrahlungsquelle wird in der Regel ein thermischer Strahler verwendet, der aufgrund seiner Temperatur elektromagnetische Strahlung mit einem kontinuierlichen Spektrum aussendet. Während auf dem Gebiet der Infrarotsensoren eine breite Palette von Detektoren mit ausreichendem Signal-Rausch-Abstand und geringem Preis zur Verfügung stehen (Thermopiles, pyroelektrische Detektoren), gibt es auf dem Gebiet der Infrarotstrahler keine spezifizierten Bauelemente mit hoher Strahlungsleistung, die eine hohe Lebensdauer und einen hohen Wirkungsgrad aufweisen, zudem elektrisch modulierbar sind und zu einem kostengünstigen Preis hergestellt werden können.The history of non-dispersive-infrared (NDIR) gas analysis began in 1938 with the filing of the patent application DE 730478 A , An infrared gas analyzer essentially consists of an infrared radiation source, a cuvette with the gas to be measured and an infrared detector, which are mounted along an optical axis. As infrared radiation source, a thermal emitter is usually used, which emits electromagnetic radiation with a continuous spectrum due to its temperature. While in the field of infrared sensors a wide range of detectors with sufficient signal-to-noise ratio and low price are available (thermopiles, pyroelectric detectors), in the field of infrared radiators, there are no specified components with high radiant power, which has a long service life and have a high efficiency, are also electrically modulated and can be produced at a cost price.

Ein idealer, sogenannter Schwarzkörperstrahler strahlt bei jeder Wellenlänge λ den für alle möglichen Strahler maximalen Energiebetrag ab und besitzt daher einen wellenlängenunabhängigen Emissionsgrad ε von Eins. Das Verhalten eines schwarzen Strahlers wird durch das Planck'sche Strahlungsgesetz beschrieben. Für seine spektrale spezifische Ausstrahlung MλS gilt:

Figure 00020001
An ideal, so-called black body radiator radiates at each wavelength λ the maximum amount of energy for all possible radiators and therefore has a wavelength-independent emissivity ε of one. The behavior of a blackbody is described by Planck's law of radiation. For its spectral specific radiation M λS the following applies:
Figure 00020001

Hierbei bezeichnen c1, c2 die Planck'schen Strahlungskonstanten und T die Temperatur. Durch Integration der spektralen spezifischen Ausstrahlung über alle Wellenlängen erhält man die gesamte spezifische Ausstrahlung MS eines Schwarzkörperstrahlers, welche die von einer Oberfläche ausgesandte Strahlungsleistung beschreibt: MS(T) = σT4 (2) Here, c 1 , c 2 denote the Planck radiation constants and T the temperature. By integrating the spectral specific radiation over all wavelengths, one obtains the total specific radiation M S of a black body radiator, which describes the radiation power emitted by a surface: M S (T) = σ T 4 (2)

Hier bezeichnet σ die Stefan-Boltzmann-Konstante. Reale Strahler haben einen Emissionsgrad kleiner Eins, der zudem meist wellenlängenabhängig ist. Der Emissionsgrad ε bezeichnet das Verhältnis der spektralen spezifischen Ausstrahlung Mλ eines beliebigen Temperaturstrahlers zu der spektralen spezifischen Ausstrahlung MλS eines Schwarzkörperstrahlers gleicher Temperatur:

Figure 00020002
Here σ denotes the Stefan-Boltzmann constant. Real emitters have an emissivity of less than one, which is usually wavelength-dependent. The emissivity ε denotes the ratio of the spectral specific emission M λ of an arbitrary temperature emitter to the spectral specific emission M λS of a black body emitter of the same temperature:
Figure 00020002

Damit lässt sich die spektrale spezifische Ausstrahlung eines beliebigen Temperaturstrahlers aus den Gesetzmäßigkeiten des Schwarzkörperstrahlers berechnen, wenn sein Emissionsgrad bekannt ist. Für die gesamte spezifische Ausstrahlung Meines Temperaturstrahlers mit wellenlängenunabhängigem Emissionsgrad gilt folglich: M(ε, T) = εσT4 (4) This makes it possible to calculate the spectral specific radiation of any temperature radiator from the laws of the black body radiator, if its emissivity is known. For the total specific emission of my temperature radiator with wavelength-independent emissivity is therefore: M (ε, T) = εσT 4 (4)

Die Strahlungsleistung hängt dementsprechend von der vierten Potenz der Temperatur ab und ist direkt proportional zum Emissionsgrad. Für eine hohe Strahlungsleistung muss demnach ein Material als Heizleiter verwendet werden, das bei sehr hoher Temperatur betrieben werden kann. Darüber hinaus muss es einen hohen und wellenlängenunabhängigen Emissionsgrad besitzen, der möglichst nahe Eins ist.The radiant power accordingly depends on the fourth power of the temperature and is directly proportional to the emissivity. For a high radiation power therefore a material must be used as a heating conductor, which can be operated at very high temperature. In addition, it must have a high and wavelength-independent emissivity that is as close to unity as possible.

Die am häufigsten eingesetzten Heizleitermaterialien sind Kanthal und Nickel-Chrom-Legierungen, da diese an offener Atmosphäre betrieben werden können. Kanthal steht für eine Handelsmarke und bezeichnet eine Legierungsfamilie aus Eisen, Chrom und Aluminium (FeCrAl). Es besteht zum größten Teil aus Eisen, mit einem typischen Chromanteil von 20%–30% und einem Aluminiumanteil von 4%–7,5%. Diese Legierungen sind bekannt für ihre sehr gute Temperaturbeständigkeit und haben einen relativ hohen spezifischen elektrischen Widerstand. Daher werden sie in einer Vielzahl von Widerstands- und Hochtemperaturanwendungen genutzt und z. B. als Heizleiterlegierung oft für Heizelemente eingesetzt. Bei diesen Heizelementen wird elektrische Energie in Wärmeenergie umgewandelt, indem ein elektrischer Strom durch den Heizleiter geschickt wird. Als Folge des von ihm ausgehenden Widerstands gegen den Stromfluss wird schließlich Wärme erzeugt. Dabei muss der Widerstandsdraht auch bei sehr hohen Temperaturen stabil an Luft sein. Kanthal-Legierungen bilden hierbei an der Oberfläche eine dünne Schicht aus Aluminiumoxid, die sie vor Korrosion und Alterung schützt. Typische Kanthal-Legierungen haben einen Schmelzpunkt von etwa 1200°C und können somit bei Temperaturen von bis zu 1000°C stabil an Luft betrieben werden. Für den Einsatz als Infrarotstrahler nachteilig ist der geringe Emissionsgrad der Kanthal-Legierungen, wodurch sie einen geringen optischen Wirkungsgrad besitzen. Im technisch interessanten Wellenlängenbereich λ = (1...20) μm beträgt der mittlere Emissionsgrad etwa 0,4 und ist wellenlängenabhängig.The most widely used heating conductor materials are Kanthal and nickel-chromium alloys, as these can be operated in an open atmosphere. Kanthal stands for a trademark and refers to an alloy family of iron, chromium and aluminum (FeCrAl). It consists mainly of iron, with a typical chromium content of 20% -30% and an aluminum content of 4% -7.5%. These alloys are known for their very good temperature resistance and have a relatively high electrical resistivity. Therefore, they are used in a variety of resistance and high temperature applications and z. B. used as heating element often for heating elements. In these heating elements, electrical energy is converted into heat energy by passing an electric current through the heating conductor. Finally, heat is generated as a result of the resistance to current flow emanating from it. The resistance wire must be stable in air even at very high temperatures. Kanthal alloys form a thin layer of aluminum oxide on the surface, which protects them from corrosion and aging. Typical Kanthal alloys have a melting point of about 1200 ° C and can therefore be operated stably at temperatures of up to 1000 ° C in air. For use as infrared radiator disadvantageous is the low emissivity of the Kanthal alloys, whereby they have a low optical efficiency. In the technically interesting wavelength range λ = (1 ... 20) microns, the average emissivity is about 0.4 and is wavelength-dependent.

Nickel-Chrom (NiCr) ist eine nichtmagnetische Legierung aus Nickel und Chrom, die auch geringe Mengen weiterer Elemente, wie z. B. Silizium, Zirkonium, Kalzium, Bor, Eisen, Aluminium, Seltenerden, Hafnium sowie herstellungsbedingte Verunreinigungen enthalten kann. Eine gebräuchliche Legierung ist 80% Nickel und 20% Chrom, die sehr oft als Widerstandsdraht verwendet wird und als die älteste dokumentierte Heizleiterlegierung gilt. Nickel-Chrom ist korrosionsbeständig auch bei sehr hohen Temperaturen. Es hat einen Schmelzpunkt von etwa 1400°C, wodurch es bei Temperaturen von bis zu 1200°C betrieben werden kann. Es hat einen für Metalle relativ hohen spezifischen elektrischen Widerstand und wird dadurch sehr oft in elektrischen Heizelementen genutzt, z. B. Fön, elektrischer Ofen, Lötkolben, Toaster. Nachteilig ist auch hier der sehr geringe optische Wirkungsgrad durch den, für Metalle üblichen, sehr niedrigen Emissionsgrad von typisch 0,2 im technisch interessanten Wellenlängenbereich λ = (1...20) μm.Nickel-chromium (NiCr) is a non-magnetic alloy of nickel and chromium that also contains small amounts of other elements, such as nickel. As silicon, zirconium, calcium, boron, iron, aluminum, rare earths, hafnium and production-related impurities may contain. A common alloy is 80% nickel and 20% chromium, which is often used as a resistance wire and is considered the oldest documented heating conductor alloy. Nickel-chrome is corrosion resistant even at very high temperatures. It has a melting point of about 1400 ° C, which allows it to operate at temperatures up to 1200 ° C. It has a relatively high specific electrical resistance for metals and is therefore very often used in electrical heating elements, eg. As hair dryer, electric oven, soldering iron, toaster. Another disadvantage is the very low optical efficiency by the, for metals usual, very low emissivity of typically 0.2 in the technically interesting wavelength range λ = (1 ... 20) microns.

Für die bisherigen Anwendungen in der Gasanalyse sind derzeit vier verschiedene Typen von thermischen Infrarotstrahlern im Einsatz: Filamentlampen, Widerstandswendeln, Globare und Dünnschichtstrahler. Vereinzelt werden für den nahen und mittleren Infrarotbereich auch Leucht- und Laserdioden eingesetzt. Dies sind aber keine thermischen Strahler, weshalb sie nicht den o. a. Strahlungsgesetzen gehorchen. Da sie lediglich Strahlung einer Wellenlänge beziehungsweise in einem sehr schmalen Wellenlängenbereich emittieren, finden sie praktisch nur wenig Anwendung in infrarotspektroskopischen Geräten, meist nur wenn ein spezifisches Gas detektiert werden soll, wie z. B. in der Druckschrift DE 60216988 T2 beschrieben. Weiterhin nachteilig sind der hohe Preis, der mit steigender Emissionswellenlänge zunimmt, und die meist nicht ausreichende Langzeitstabilität.Four different types of thermal infrared radiators are currently used in previous applications in gas analysis: filament lamps, resistance coils, globars and thin-film radiators. Occasionally, light and laser diodes are also used for the near and medium infrared range. But these are not thermal radiators, which is why they do not obey the above radiation laws. Since they emit only radiation of a wavelength or in a very narrow wavelength range, they find practically little use in infrared spectroscopic devices, usually only when a specific gas to be detected, such. B. in the document DE 60216988 T2 described. Another disadvantage is the high price, which increases with increasing emission wavelength, and the usually insufficient long-term stability.

Filamentlampen, wie z. B. Glühlampen mit Wolframwendel, haben eine sehr hohe Strahlungsleistung, da die Temperatur der Wolframwendel bis zu 3000°C betragen kann. Dazu müssen sie aber in einer Schutzgasatmosphäre oder im Vakuum betrieben werden. Die Technologie zur Herstellung einer Wolframwendel in einem evakuierten Glaskolben ist derart ausgereift, dass diese Lampen sehr preiswert sind. Das Glas ist jedoch für Infrarotstrahlung oberhalb von 4,5 μm Wellenlänge nicht mehr ausreichend transparent, so dass dies den Einsatzbereich stark einschränkt beziehungsweise Glaskolben mit speziellen Fenstern, z. B. Saphir, für eine verbesserte Infrarotdurchlässigkeit eingesetzt werden müssen. Wegen den unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten lassen sich solche Materialien aber nur schwer mit Glas verschmelzen. Anwendungen bei Wellenlängen von mehr als 5 μm sind mit kommerziellen Glühlampen deshalb nicht realisierbar. Filamentlampen ohne Glasgehäuse, wie z. B. in der Druckschrift US 5,438,233 A beschrieben, zeichnen sich zwar durch eine große spektrale Bandbreite aus, können aber nur schlecht moduliert werden und haben eine große Bauform sowie einen hohen Preis. Weiterhin nachteilig ist der, für Metalle typische, sehr geringe Emissionsgrad im Infrarotbereich, wodurch diese Strahler einen geringen optischen Wirkungsgrad aufweisen und nicht sehr effizient sind.Filament lamps, such. B. incandescent tungsten filament, have a very high radiant power, since the temperature of the tungsten filament can be up to 3000 ° C. For this purpose, they must be operated in a protective gas atmosphere or in a vacuum. The technology for producing a tungsten filament in an evacuated glass bulb is so mature that these lamps are very inexpensive. However, the glass is no longer sufficiently transparent to infrared radiation above 4.5 microns wavelength, so this greatly limits the application area or glass bulb with special windows, z. As sapphire, must be used for improved infrared transmission. Because of the different thermal expansion coefficients, however, such materials are difficult to fuse with glass. Applications at wavelengths of more than 5 μm are therefore not feasible with commercial incandescent lamps. Filament lamps without glass housing, such. B. in the document US 5,438,233 A Although they are characterized by a large spectral bandwidth, they can only be modulated poorly and have a large design and a high price. Another disadvantage is the, for metals typical, very low Emissivity in the infrared range, whereby these emitters have a low optical efficiency and are not very efficient.

Strahler mit Widerstandswendeln aus einer dünnen, meist mäanderförmig strukturierten Metall-Heizleiterfolie, z. B. Kanthal oder Nickel-Chrom ( US 5,939,726 A ), die im Gegensatz zu Glühlampen mit Wolframwendel an offener Atmosphäre betrieben werden können, zeigen ein breitbandiges Infrarotspektrum. Diese Strahler werden typischerweise bei Temperaturen von bis zu 900°C betrieben. Aufgrund des niedrigen Emissionsgrades sind sie aber nicht sehr effizient. Zudem ist ihre Wärmekapazität noch zu groß, wodurch sie sich nur mit wenigen Hertz (typischerweise < 10 Hz) modulieren lassen. Durch die bislang verwendeten Technologien zur Strukturierung (z. B. Ionenstrahlätzen) sind sie zudem relativ teuer. Weitaus problematischer ist allerdings die elektrische Kontaktierung der dünnen Heizleiterfolie, die gewöhnlich mittels Widerstandsschweißen realisiert wird. Die Schweißverbindung stellt hier einen Schwachpunkt dar, da sie thermisch sehr stark belastet wird. Aus diesem Grund haben diese Strahler eine verringerte Lebensdauer.Spotlight with resistance coils of a thin, mostly meander-shaped structured metal heating foil, z. B. Kanthal or nickel-chromium ( US 5,939,726 A ), which can be operated in contrast to incandescent tungsten filaments in an open atmosphere, show a broadband infrared spectrum. These radiators are typically operated at temperatures of up to 900 ° C. However, they are not very efficient due to the low emissivity. In addition, their heat capacity is still too large, allowing them to modulate only a few hertz (typically <10 Hz). The technologies used to date for structuring (eg ion beam etching) also make them relatively expensive. Far more problematic, however, is the electrical contacting of the thin heating conductor foil, which is usually realized by means of resistance welding. The welded joint is a weak point because it is subjected to very high thermal loads. For this reason, these emitters have a reduced life.

Ein Globar ist ein Keramik-Glühstab, meist aus Silziumkarbid ( DE 1123841 A ) oder Quarzgut ( EP 372166 A2 ), mit einem typischen Durchmesser von 5 mm bis 8 mm und einer Länge von 20 mm bis 50 mm. Dieser Strahlertyp wird sehr oft in infrarotspektroskopischen Geräten eingesetzt. Globare haben einen relativ hohen Emissionsgrad (typisch 0,8) und werden elektrisch auf Temperaturen von bis zu 1650°C geheizt, wodurch sie eine hohe Strahlungsleistung aufweisen. Zudem können sie an offener Atmosphäre betrieben werden. Wegen ihrer großen thermischen Masse ist ein langer Aufheizvorgang notwendig, wodurch sie sich nicht elektrisch modulieren lassen und nur bei Gleichstrahlung betrieben werden können. Zur Realisierung von Wechselstrahlung ist deshalb der Einsatz eines mechanischen Choppers erforderlich, der das Gesamtsystem größer, teurer und störanfälliger macht. Weiterhin nachteilig ist, dass Globare mit Wasserkühlung betrieben werden müssen, weshalb sie für kompakte infrarotspektroskopische Geräte nicht geeignet sind. Ein weitaus größeres Problem ist ihre geringe Lebensdauer. Das spröde Material bekommt schnell Risse und Brüche durch die hohe Temperaturbelastung sowie durch Umweltfaktoren wie Vibrationen oder gar Einbauschwierigkeiten.A Globar is a ceramic glow rod, mostly made of silicon carbide ( DE 1123841 A ) or fused silica ( EP 372166 A2 ), with a typical diameter of 5 mm to 8 mm and a length of 20 mm to 50 mm. This type of emitter is very often used in infrared spectroscopic equipment. Globars have a relatively high emissivity (typically 0.8) and are electrically heated to temperatures of up to 1650 ° C, giving them high radiant power. In addition, they can be operated in an open atmosphere. Because of their large thermal mass, a long heating process is necessary, whereby they can not be electrically modulated and can only be operated with direct current radiation. For the realization of alternating radiation, therefore, the use of a mechanical chopper is required, which makes the overall system larger, more expensive and prone to failure. Another disadvantage is that Globare must be operated with water cooling, which is why they are not suitable for compact infrared spectroscopic devices. A much bigger problem is their short lifespan. The brittle material quickly cracks and breaks due to the high temperature load and by environmental factors such as vibration or even installation difficulties.

Dünnschichtstrahler auf der Basis von sehr dünnen Widerstandsschichten auf Siliziummembranen, z. B. bekannt aus der Druckschrift US 5,910,659 A , haben eine geringe thermische Masse, wodurch sie sich elektrisch gut modulieren lassen. Bei einem Tastverhältnis von 50% erreichen handelsübliche Dünnschichtstrahler eine akzeptable Modulationstiefe bis etwa 100 Hz. Sie besitzen jedoch für viele Anwendungen eine zu geringe Strahlungsleistung, da ihre maximalen Betriebstemperaturen bei etwa 450°C bis 750°C liegen.Thin-film radiators based on very thin resistance layers on silicon membranes, eg. B. known from the publication US 5,910,659 A , have a low thermal mass, which makes them good for electrical modulation. With a duty cycle of 50%, commercially available thin-film radiators achieve an acceptable modulation depth of up to about 100 Hz. However, they have too low a radiant power for many applications since their maximum operating temperatures are about 450 ° C to 750 ° C.

Damit diese Strahler einen hohen optischen Wirkungsgrad erzielen, wird auf die Widerstandsschicht gewöhnlich eine emissionsgraderhöhende Schicht abgeschieden. In der Druckschrift CH 695327 A5 wird zur Erhöhung des optischen Emissionsgrades vorgeschlagen, den thermischen Infrarotstrahler mit Kohlenstoffnanoröhren zu belegen. Dies erfordert aber ein evakuiertes Strahlergehäuse und weist dadurch die beschriebenen Nachteile herkömmlicher Filamentlampen auf. In der Druckschrift JP 2001221689 A wird zur Erhöhung des Emissionsgrades eine Schicht aus Siliziumkarbid auf die Widerstandsschicht aufgebracht und in der Druckschrift US 6,297,511 B1 wird die freitragende Widerstandsschicht komplett mit einer isolierenden Schicht aus Siliziumnitrid, Siliziumdioxid oder Siliziumkarbid umgeben, die neben der Erhöhung des Emissionsgrades gleichzeitig die Widerstandsschicht vor Oxidation schützt. Dieses Mehrkomponentensystem aus Heizleiter-Widerstandsschicht und Emitterschicht hat den Nachteil, dass durch die unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten der verschiedenen Materialien die Langzeitstabilität und die Lebensdauer des Strahlers verringert werden beziehungsweise dass zum Erreichen einer geforderten Lebensdauer die Betriebstemperatur verringert werden muss, weshalb diese Strahlertypen nur eine geringe Strahlungsleistung besitzen. In der Druckschrift US 5,939,726 B1 ist eine Infrarotstrahlungsquelle vorgeschlagen, bei welcher eine NiCr-Folie als Heizleiter verwendet wird, die zur Erhöhung der Emission oxidiert oder anderweitig beschichtet sein kann.In order for these emitters to achieve high optical efficiency, an emissivity grade layer is usually deposited on the resistive layer. In the publication CH 695327 A5 In order to increase the optical emissivity proposed to prove the thermal infrared radiator with carbon nanotubes. However, this requires an evacuated lamp housing and thus has the disadvantages of conventional filament lamps described. In the publication JP 2001221689 A a layer of silicon carbide is applied to the resistive layer to increase the emissivity and in the document US 6,297,511 B1 The self-supporting resistance layer is completely surrounded by an insulating layer of silicon nitride, silicon dioxide or silicon carbide, which, in addition to increasing the emissivity, simultaneously protects the resistance layer from oxidation. This multi-component system consisting of heat conductor resistance layer and emitter layer has the disadvantage that the long-term stability and lifetime of the radiator are reduced by the different thermal expansion coefficients of the various materials or that the operating temperature must be reduced to achieve a required lifetime, which is why these types of radiators only a low radiant power have. In the publication US 5,939,726 B1 For example, an infrared radiation source is proposed in which a NiCr film is used as the heating conductor, which may be oxidized or otherwise coated to increase the emission.

Vor wenigen Jahren wurde darüber spekuliert, ob mittels photonischer Kristalle die Abstrahlcharakteristik von thermischen Infrarotstrahlern geändert und eine höhere spektrale Leistungsdichte als bei einem Schwarzkörperstrahler erreicht werden kann. In diesem Zusammenhang wurde auch diskutiert, ob das Planck'sche Strahlungsgesetz Gültigkeit hat. In dem Artikel „Thermal Radiation from Photonic Crystals: A Direct Calculation” (Phys. Rev. Lett. 93 (21), 2004, S. 213905-1 bis 213905-4) wurde die Richtigkeit des Planck'schen Strahlungsgesetzes für photonische Kristalle belegt, d. h. sie emittieren nicht mehr als ein Schwarzkörperstrahler. Photonische Kristalle wirken wie sehr präzise optische Filter. Durch eine periodische Anordnung unterschiedlicher Dielektrika bzw. Materialien mit unterschiedlichen Dielektrizitätskonstanten wird eine photonische Bandstruktur realisiert, in der bestimmte Energiezustände in den photonischen Kristallen verboten sind. Folglich emittieren sie aufgrund ihrer Struktur nur Strahlung bestimmter Wellenlängen. In der Druckschrift US 7,498,574 B2 wird eine solche Strahlungsquelle beschrieben. Für viele Anwendungen ist jedoch eine breitbandige Strahlungsquelle gefordert.A few years ago it was speculated whether the emission characteristics of thermal infrared radiators can be changed by means of photonic crystals and a higher spectral power density can be achieved than with a black body radiator. In this context it was also discussed whether the Planck radiation law is valid. The article "Thermal Radiation from Photonic Crystals: A Direct Calculation" (Phys. Rev. Lett., 93 (21), 2004, pp. 213905-1 to 213905-4) verified the accuracy of Planck's law of radiation for photonic crystals that is, they do not emit more than a blackbody radiator. Photonic crystals act like very precise optical filters. By a periodic arrangement of different dielectrics or materials with different dielectric constants, a photonic band structure is realized in which certain energy states in the photonic crystals are forbidden. Consequently, due to their structure, they only emit radiation of specific wavelengths. In the publication US 7,498,574 B2 such a radiation source is described. For many applications, however, a broadband radiation source is required.

Photonische Kristalle können aber auch genutzt werden, um den optischen Wirkungsgrad thermischer Infrarotstrahler im Vergleich zu bekannten thermischen Strahlungsvorrichtungen zu erhöhen und so dem Ideal eines Schwarzkörperstrahlers nahe zu kommen. Eine entsprechende Vorrichtung wird z. B. in der Druckschrift DE 10 2005 008 077 A1 beschrieben. Die Notwendigkeit, unterschiedliche Dielektrika beziehungsweise Materialien mit unterschiedlichen Dielektrizitätskonstanten zur Realisierung eines photonischen Kristalls verwenden zu müssen, hat den Nachteil, dass durch die unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten der verschiedenen Materialien die Lebensdauer des Strahlers wesentlich verringert wird, da durch die starke thermische Belastung beim Heizen des Strahlers eine Delamination der Schichten die Folge ist. Ein weiterer wesentlicher Nachteil photonischer Kristalle liegt in der aufwändigen, komplizierten und damit sehr teuren Herstellung der entsprechenden Strukturen. Damit die photonischen Kristalle exakt funktionieren und ein hoher Emissionsgrad erreicht werden kann, müssen die feinen Strukturen perfekt ausgebildet sein. Dies ist technologisch nur unter größtem Aufwand (z. B. Elektronenstrahllithografie) möglich, wenn überhaupt realisierbar.However, photonic crystals can also be used to increase the optical efficiency of thermal infrared radiators in comparison to known thermal radiation devices and thus come close to the ideal of a black body radiator. A corresponding device is z. B. in the document DE 10 2005 008 077 A1 described. The need to use different dielectrics or materials with different dielectric constants to realize a photonic crystal, has the disadvantage that the lifetime of the radiator is significantly reduced by the different thermal expansion coefficients of the different materials, as by the strong thermal load during heating of the radiator Delamination of the layers is the result. Another significant disadvantage of photonic crystals lies in the complex, complicated and thus very expensive production of the corresponding structures. In order for the photonic crystals to function exactly and to achieve a high emissivity, the fine structures must be perfectly formed. This is technologically possible only with great effort (eg electron beam lithography), if at all feasible.

Gegenwärtig existiert keine technische Lösung für einen effizienten, elektrisch modulierbaren thermischen Infrarotstrahler mit einem Emissionsvermögen nahe dem Ideal eines Schwarzkörperstrahlers, der, um eine hohe Strahlungsleistung zu erreichen, bei hohen Temperaturen betrieben werden kann und dabei eine gute Langzeitstabilität und hohe Lebensdauer aufweist. Für den Einsatz in infrarotspektroskopischen Geräten wurden unterschiedlichste Infrarotstrahlungsquellen entwickelt, von denen die meisten aufgrund ihrer großen thermischen Masse nur bei Gleichstrom beziehungsweise bei sehr niedrigen Modulationsfrequenzen betrieben werden können. Da elektrische Wechselsignale wesentlich besser als Gleichsignale verarbeitet werden können und die in infrarotspektroskopischen Geräten am häufigsten eingesetzten pyroelektrischen Detektoren nur wechsellichtempfindlich sind, kommen bei Gleichlichtstrahlern gewöhnlich mechanische Chopper (engl. „Zerhacker”) zum Einsatz, die den Strahlungsfluss der Infrarotstrahlungsquelle zeitlich modulieren. Diese mechanischen Chopper machen das Gesamtsystem jedoch größer, teurer und störanfälliger. Gleichlichtstrahler besitzen zudem einen sehr schlechten Wirkungsgrad, da wegen ihrer großen thermischen Masse mehr elektrische Leistung zugeführt werden muss als Strahlungsleistung abgegeben wird. Außerdem sind sie relativ teuer. Von den aufgeführten thermischen Strahlern besitzen einzig Dünnschichtstrahler das direkte Potenzial für eine mikrosystemtechnische Fertigung und damit für eine kostengünstige Massenproduktion. Durch ihre geringe thermische Masse lassen sie sich zudem elektrisch gut modulieren. Sie besitzen jedoch für viele Anwendungen eine zu geringe Strahlungsleistung, da ihre maximalen Betriebstemperaturen bei etwa 450°C bis 750°C liegen. Da eine hohe Strahlungsleistung durch eine hohe Temperatur erreicht wird, muss als Heizleiter demzufolge ein Material eingesetzt werden, dass bei sehr hoher Temperatur betrieben werden kann. Aus Kostengründen ist ein Betrieb an offener Atmosphäre vorteilhaft. Hier kommen im Wesentlichen nur hochschmelzende Metalle und Legierungen, wie z. B. Kanthal und Nickel-Chrom, in Frage. Diese haben im Infrarotbereich aber einen sehr geringen Emissionsgrad, der typischerweise deutlich kleiner als 0,4 ist. Dadurch sind sie nicht sehr effizient. Herkömmliche Lösungen zur Erhöhung des Emissionsgrades durch Aufbringen einer zusätzlichen Schicht haben den Nachteil, dass durch die hohe thermische Belastung entweder die Lebensdauer und Langzeitstabilität des Strahlers aufgrund von Delamination wesentlich verringert werden oder zum Erreichen einer geforderten Lebensdauer die Betriebstemperatur deutlich reduziert werden muss.At present there is no technical solution for an efficient, electrically modulatable thermal infrared radiator with an emissivity close to the ideal of a black body radiator that can be operated at high temperatures to achieve high radiant power while having good long-term stability and long life. For use in infrared spectroscopic devices a variety of infrared radiation sources have been developed, most of which can only be operated at DC or at very low modulation frequencies due to their large thermal mass. Since electrical alternating signals can be processed much better than DC signals and the pyroelectric detectors most commonly used in infrared spectroscopic equipment are only changeable light sensitive, rectifier sources usually use mechanical choppers which temporally modulate the radiation flux of the infrared radiation source. However, these mechanical choppers make the overall system bigger, more expensive and prone to failure. Direct light emitters also have a very poor efficiency, because because of their large thermal mass more electrical power must be supplied as radiation power is emitted. Besides, they are relatively expensive. Of the thermal radiators listed, only thin-film radiators have the direct potential for microsystem technology production and thus for cost-effective mass production. Due to their low thermal mass, they can also be well modulated electrically. However, they have too low a radiant power for many applications, since their maximum operating temperatures are about 450 ° C to 750 ° C. Since a high radiation power is achieved by a high temperature, as a heat conductor therefore a material must be used that can be operated at very high temperature. For cost reasons, operation in an open atmosphere is advantageous. Here are essentially only high-melting metals and alloys, such. As Kanthal and nickel-chromium, in question. However, these have a very low emissivity in the infrared range, which is typically significantly less than 0.4. As a result, they are not very efficient. Conventional solutions for increasing the emissivity by applying an additional layer have the disadvantage that due to the high thermal load either the life and long-term stability of the radiator due to delamination can be significantly reduced or to achieve a required life, the operating temperature must be significantly reduced.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine effiziente und elektrisch modulierbare thermische Infrarotstrahlungsquelle mit hoher Strahlungsleistung und hoher Lebensdauer bereitzustellen. Ferner soll ein geeignetes Verfahren zum Herstellen einer solchen Infrarotstrahlungsquelle zur Verfügung gestellt werden.It is therefore the object of the present invention to provide an efficient and electrically modulatable thermal infrared radiation source with high radiation power and high lifetime. Furthermore, a suitable method for producing such an infrared radiation source should be provided.

Die Aufgabe wird zum einen durch eine Infrarotstrahlungsquelle der oben genannten Gattung gelöst, bei welcher die Heizleiter-Widerstandslage und die emissionsgraderhöhende Schicht aus dem gleichen Material ausgebildet sind, wobei die emissionsgraderhöhende Schicht, im Gegensatz zu der Heizleiter-Widerstandslage, eine poröse Schicht, vorzugsweise eine auf der Heizleiter-Widerstandslage abgeschiedene poröse Schicht, ist.The object is achieved, on the one hand, by an infrared radiation source of the abovementioned type, in which the heat conductor resistance layer and the emission gradient layer are formed from the same material, the emission grade layer, in contrast to the heat conductor resistance layer, being a porous layer, preferably a on the Heizleiter resistance layer deposited porous layer is.

Somit können bei der erfindungsgemäßen Infrarotstrahlungsquelle sowohl die wenigstens eine Heizleiter-Widerstandslage als auch die wenigstens eine darauf ausgebildete emissionsgraderhöhende Schicht aus dem gleichen, hochtemperaturbeständigen Material hergestellt werden. Infolgedessen kann ein Infrarotstrahler mit hoher Strahlungsleistung und hoher Lebensdauer zur Verfügung gestellt werden. Dabei kann über den Widerstand der nicht-porösen Heizleiter-Widerstandslage eine für eine hohe Abstrahlleistung geeignete Temperatur des Strahlerelementes eingestellt werden, während die auf der Heizleiter-Widerstandslage vorgesehene poröse, emissionsgraderhöhende Schicht für eine hohe Emission von Strahlung sorgt.Thus, in the infrared radiation source according to the invention, both the at least one heat conductor resistance layer and the at least one emission grade elevation layer formed thereon can be produced from the same high-temperature resistant material. As a result, an infrared radiator having high radiation performance and a long service life can be provided. In this case, a suitable for a high emission power can on the resistance of the non-porous Heizleiter resistance layer Temperature of the radiator element can be adjusted, while provided on the Heizleiter resistance layer provided porous, emissionsgrader-enhancing layer for a high emission of radiation.

Da die erfindungsgemäße Infrarotstrahlungsquelle als Infrarot-Dünnschichtstrahler ausgebildet ist, dessen Strahlerelement als freitragende Lagenstruktur realisiert ist, besitzt die erfindungsgemäße Infrarotstrahlungsquelle eine geringe thermische Masse und kann somit gut moduliert werden. Ferner hat die erfindungsgemäße Infrarotstrahlungsquelle den Vorteil, dass sie einen einfachen Aufbau des Strahlerelementes aufweist, sodass die Infrarotstrahlungsquelle durch herkömmliche Mikroelektronik- bzw. Mikromechanik-Fertigungsprozesse kostengünstig in hohen Stückzahlen hergestellt werden kann.Since the infrared radiation source according to the invention is designed as an infrared thin-film radiator whose radiating element is realized as a self-supporting layer structure, the infrared radiation source according to the invention has a low thermal mass and can thus be well modulated. Furthermore, the infrared radiation source according to the invention has the advantage that it has a simple structure of the radiator element, so that the infrared radiation source can be produced inexpensively in large numbers by conventional microelectronics or micromechanical manufacturing processes.

Durch die niedrige Wärmekapazität, die gute thermische Isolation und den hohen Emissionsgrad des flächigen Strahlerelementes der erfindungsgemäßen Infrarotstrahlungsquelle wird eine sehr hohe Effizienz und damit ein sehr hoher Gesamtwirkungsgrad der Infrarotstrahlungsquelle erreicht.Due to the low heat capacity, the good thermal insulation and the high emissivity of the planar radiating element of the infrared radiation source according to the invention a very high efficiency and thus a very high overall efficiency of the infrared radiation source is achieved.

Vorzugsweise ist bei der erfindungsgemäßen Infrarotstrahlungsquelle die freitragende Lagenstruktur nur aus der wenigstens einen Heizleiter-Widerstandslage und der wenigstens einen emissionsgraderhöhenden Schicht ausgebildet. Damit besteht das Strahlerelement des Infrarot-Dünnschichtstrahlers nur aus einem einzigen Material. Die Probleme, die im Stand der Technik durch die Verwendung verschiedener Materialien mit unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten auftreten, sind somit bei dieser Ausführungsform der erfindungsgemäßen Infrarotstrahlungsquelle nicht vorhanden. Delaminationen oder dergleichen sind daher nicht zu befürchten. Entsprechend besitzt diese Infrarotstrahlungsquelle eine besonders gute Langzeitstabilität.Preferably, in the case of the infrared radiation source according to the invention, the self-supporting layer structure is formed only from the at least one heat conductor resistance layer and the at least one emission gradient-increasing layer. Thus, the radiator element of the infrared thin-film radiator consists only of a single material. The problems that occur in the prior art through the use of different materials with different thermal expansion coefficients are thus not present in this embodiment of the infrared radiation source according to the invention. Delaminations or the like are therefore not to be feared. Accordingly, this infrared radiation source has a particularly good long-term stability.

In einer vorteilhaften Variante der Erfindung ist die Heizleiter-Widerstandslage eine Dünnschicht. Unter einer Dünnschicht wird erfindungsgemäß eine auf einem Hilfssubstrat bzw. Opfersubstrat abgeschiedene Schicht verstanden, welche beispielsweise mit einem physikalischen Schichtabscheideverfahren oder einem chemischen Schichtabscheideverfahren erzeugt werden kann. Die Schichtdicke von Dünnschichten bewegt sich typischerweise unterhalb von 1 μm, beispielsweise in einem Bereich von 200 nm bis 600 nm. Diese Schichtdicken sind groß genug, um einen geeigneten Heizleiter für die erfindungsgemäße Infrarotstrahlungsquelle zur Verfügung zu stellen, aber auch dünn genug, um die thermische Masse des Strahlerelementes gering zu halten und somit eine gute Modulierbarkeit der erfindungsgemäßen Infrarotstrahlungsquelle zu erreichen.In an advantageous variant of the invention, the heating conductor resistance layer is a thin layer. According to the invention, a thin layer is understood as meaning a layer deposited on an auxiliary substrate or sacrificial substrate, which can be produced, for example, by a physical layer deposition method or a chemical layer deposition method. The layer thickness of thin films typically moves below 1 μm, for example in a range of 200 nm to 600 nm. These layer thicknesses are large enough to provide a suitable heat conductor for the infrared radiation source according to the invention, but also thin enough to accommodate the thermal To keep the mass of the radiator element low and thus to achieve a good modulation of the infrared radiation source according to the invention.

Gemäß einer anderen Option der vorliegenden Erfindung kann die Heizleiter-Widerstandslage auch eine Folie sein. Diese Folie kann geeignet vorgefertigt sein. Folien unterscheiden sich von Dünnschichten insbesondere in der Schichtdicke, welche sich bei Folien typischerweise oberhalb von 1 μm, beispielsweise im Bereich von 2 μm bis 5 μm, bewegt. Derartige Folien besitzen den Vorteil, dass sie im Vergleich zu Dünnschichten mechanisch stabiler sind und damit besonders gut zur Ausbildung freitragender Strukturen geeignet sind. So ist es dann, wenn sich herausstellt, dass zum Erreichen einer notwendigen mechanischen Stabilität die Heizleiter-Widerstandslage eine Dicke von mehreren μm aufweisen muss, unter Umständen ökonomischer, eine Folie anstelle einer abgeschiedenen Heizleiter-Widerstandslage zu verwenden.According to another option of the present invention, the heating conductor resistance layer may also be a foil. This film can be suitably prefabricated. Films differ from thin layers, in particular in the layer thickness, which in the case of films typically moves above 1 μm, for example in the range from 2 μm to 5 μm. Such films have the advantage that they are mechanically more stable compared to thin films and thus are particularly well suited for the formation of self-supporting structures. So it is when it turns out that to achieve a necessary mechanical stability of the Heizleiter resistance layer must have a thickness of several microns, possibly more economical to use a film instead of a deposited Heizleiter resistance.

Es hat sich als besonders günstig erwiesen, wenn die Heizleiter-Widerstandslage und die emissionsgraderhöhende Schicht aus einem Material mit einer Schmelztemperatur bei Normaldruck von ≥ 1200°C ausgebildet sind. Man spricht hier von hochschmelzenden Materialien. Diese Materialien besitzen den Vorteil, dass ihre maximale Betriebstemperatur sehr hoch, das heißt ≥ 900°C, einstellbar ist. Da, wie oben erläutert, die Temperatur mit der vierten Potenz in die Strahlungsleistung eingeht, können bei Verwendung hochschmelzender Materialien für die Heizleiter-Widerstandslage und die emissionsgraderhöhende Schicht sehr hohe Strahlungsleistungen für die erfindungsgemäße Infrarotstrahlungsquelle zur Verfügung gestellt werden.It has proved to be particularly favorable if the heat conductor resistance layer and the emission grade increasing layer are formed from a material having a melting temperature at normal pressure of ≥ 1200 ° C. This is called high-melting materials. These materials have the advantage that their maximum operating temperature is very high, that is ≥ 900 ° C, adjustable. Since, as explained above, the fourth power temperature is included in the radiant power, very high radiant powers can be provided for the infrared radiation source according to the invention when using refractory materials for the heat conductor resistance layer and the emission gradient layer.

Besonders geeignete Materialien für die Ausbildung der Heizleiter-Widerstandslage und der emissionsgraderhöhenden Schicht sind beispielsweise Nickelbasislegierungen, wie beispielsweise NixCr1-x-Legierungen mit 0 ≤ x ≤ 1, oder Materialien wie Wolfram, Molybdän, Kohlenstoff oder Platin. Diese Materialien zeichnen sich durch besonders hohe Schmelztemperaturen aus, sodass sie bei sehr hohen Betriebstemperaturen einsetzbar sind. Entsprechend können bei Verwendung der genannten Materialien besonders hohe Strahlungsleistungen der erfindungsgemäßen Infrarotstrahlungsquelle erzeugt werden. Ganz besonders interessant ist auch die Verwendung von Nickelbasis-Superlegierungen, die speziell für Hochtemperaturanwendungen hergestellt werden, zur Ausbildung der Heizleiter-Widerstandslage und der emissionsgraderhöhenden Schicht. Diese Superlegierungen haben eine komplexe Zusammensetzung, wobei der Hauptbestandteil immer Nickel ist. Durch Zugabe hochschmelzender Elemente, insbesondere Chrom, Kobalt, Wolfram, Kohlenstoff, Molybdän, Rhenium, Ruthenium, Niob, Tantal und/oder Titan wird die Hochtemperaturbeständigkeit noch verbessert. Weiterhin sind die Elemente Kobalt, Rhenium, Tantal, Ruthenium, Vanadium und Niob sehr hochtemperaturstabil und können somit zur Herstellung der Heizleiter-Widerstandlage und der emissionsgraderhöhenden Schicht verwendet werden. Aber auch Titanbasislegierungen kommen als Alternative hierfür in Betracht. Ferner sind Keramiken, wie zum Beispiel Tantalkarbid, Tantalhafniumkarbid und Hafniumkarbid, die einen höheren Schmelzpunkt als Wolfram haben, exzellent für die Ausbildung der Heizleiter-Widerstandslage und der emissionsgraderhöhenden Schicht geeignet. Neben den oben genannten Materialien bzw. Elementen kommen auch Legierungen aus diesen Materialien zum Herstellen der Heizleiter-Widerstandslage und der emissionsgraderhöhenden Schicht in Betracht. Beispielsweise kann Vitallium, welches eine Legierung als Kobalt, Chom und Molybdän ist und eine hohe Temperaturstabilität besitzt, als eine solche Legierung eingesetzt werden. Besonders gut eignen sich auch Kanthal-Legierungen zur Ausbildung der Heizleiter-Widerstandslage und der emissionsgraderhöhenden Schicht. Grundsätzlich sind jedoch auch noch weitere, hier nicht genannte, hochschmelzende Materialien für die Ausbildung der Heizleiter-Widerstandslage und der emissionsgraderhöhenden Schicht verwendbar.Particularly suitable materials for the formation of the heat conductor resistance layer and the emission grade increasing layer are, for example, nickel-based alloys, such as Ni x Cr 1-x alloys with 0 ≤ x ≤ 1, or materials such as tungsten, molybdenum, carbon or platinum. These materials are characterized by particularly high melting temperatures, so that they can be used at very high operating temperatures. Accordingly, particularly high radiation powers of the infrared radiation source according to the invention can be generated when using the materials mentioned. Also of particular interest is the use of nickel-based superalloys, which are specifically made for high temperature applications, to form the heat conductor resistance layer and the emission grade enhancing layer. These superalloys have a complex composition, the main constituent being always nickel. By adding high-melting elements, in particular chromium, cobalt, tungsten, carbon, molybdenum, rhenium, ruthenium, niobium, tantalum and / or titanium, the high-temperature resistance is further improved. Furthermore, the elements cobalt, rhenium, tantalum, ruthenium, vanadium and niobium are very high temperature stable and Thus, they can be used to make the heater resistor layer and the emission grade enhancing layer. But titanium-based alloys are also an alternative. Further, ceramics such as tantalum carbide, tantalum hafnium carbide and hafnium carbide having a higher melting point than tungsten are excellent for the formation of the heat conductor resistance layer and the emission grade elevation layer. In addition to the above-mentioned materials or elements, alloys of these materials are also suitable for producing the heat conductor resistance layer and the emission gradient-enhancing layer. For example, vitallium, which is an alloy of cobalt, chom and molybdenum and has high temperature stability, can be used as such an alloy. Kanthal alloys are also particularly well suited for the formation of the heat conductor resistance layer and the layer that increases the emission grade. In principle, however, other, not mentioned, refractory materials for the formation of the heat conductor resistance layer and the emissions grading layer can be used.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Infrarotstrahlungsquelle ist die Gesamtschichtdicke der wenigstens einen Heizleiter-Widerstandslage ≤ 500 nm. In diesem Fall ist die Heizleiter-Widerstandslage als wenigstens eine Dünnschicht ausgebildet, wodurch sich eine geringe thermische Masse der Heizleiter-Widerstandslage ergibt, aufgrund welcher eine gut modulierbare Infrarotstrahlungsquelle zur Verfügung gestellt werden kann. Die mit einer solchen Infrarotstrahlungsquelle erzeugten Wechselsignale sind in einer Messanordnung leicht weiterverarbeitbar, sodass beispielsweise kleine, kostengünstige und zuverlässige Infrarot-Absorptionsmesssysteme mit Hilfe der erfindungsgemäßen Infrarotstrahlungsquelle zur Verfügung gestellt werden können.In a preferred embodiment of the infrared radiation source according to the invention, the total layer thickness of at least one Heizleiter resistance layer ≤ 500 nm. In this case, the Heizleiter resistance layer is formed as at least one thin layer, resulting in a low thermal mass of the Heizleiter resistance layer, due to which a good modulatable infrared radiation source can be provided. The alternating signals generated with such an infrared radiation source are easily processed further in a measuring arrangement, so that, for example, small, inexpensive and reliable infrared absorption measuring systems can be made available with the aid of the infrared radiation source according to the invention.

In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die Gesamtschichtdicke der wenigstens einen emissionsgraderhöhenden Schicht ≤ 3 μm, vorzugsweise ≤ 2 μm. Durch die relativ geringe Schichtdicke und die Porosität der wenigstens einen emissionsgraderhöhenden Schicht ergibt sich eine geringe Wärmekapazität dieser Schicht, wodurch insgesamt die Infrarotstrahlungsquelle bei Verwendung einer Dünnschicht als Heizleiter-Widerstandslage schnell modulierbar gestaltet werden kann.In one embodiment of the present invention, the total layer thickness of the at least one emission grading layer is ≦ 3 μm, preferably ≦ 2 μm. Due to the relatively small layer thickness and the porosity of the at least one emission grading layer results in a low heat capacity of this layer, whereby a total of the infrared radiation source can be made quickly modulated when using a thin film as Heizleiter resistance layer.

Zur Gewährleistung einer guten elektrischen Modulierbarkeit auch bei hohen Frequenzen hat es sich als besonders günstig erwiesen, wenn das flächige Strahlerelement der Infrarotstrahlungsquelle eine sehr geringe Wärmekapazität aufweist, was durch eine sehr geringe Gesamtschichtdicke des Strahlerelementes von ≤ 5 μm und die poröse Struktur der emissionsgraderhöhenden Schicht erreicht wird.To ensure a good electrical modulation even at high frequencies, it has proved to be particularly advantageous if the flat radiator element of the infrared radiation source has a very low heat capacity, which is achieved by a very small total thickness of the radiator element of ≤ 5 microns and the porous structure of the emissionsgraderhöhenden layer becomes.

In einer anderen Variante der vorliegenden Erfindung kann die Gesamtschichtdicke der wenigstens einen emissionsgraderhöhenden Schicht auch ≥ 5 μm sein. Derartige Schichtdicken sind beispielsweise zur Ausbildung von Terahertz-Strahlern interessant, die beispielsweise in Körperscannern Einsatz finden können.In another variant of the present invention, the total layer thickness of the at least one emission grading layer may also be ≥ 5 μm. Such layer thicknesses are of interest, for example, for the formation of terahertz emitters which can be used, for example, in body scanners.

In einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung weist das Strahlerelement der Infrarotstrahlungsquelle eine Mäanderform auf. Bei dieser Ausführungsform sind somit die wenigstens eine Heizleiter-Widerstandslage als auch die wenigstens eine darauf ausgebildete emissionsgraderhöhende Schicht mäanderförmig ausgebildet. Über die Form und die Dicke des Strahlerelementes kann dessen elektrischer Widerstand und damit dessen Strahlungsleistung geeignet eingestellt werden. Die Strukturierung der Schichten des Strahlerelementes kann beispielsweise über eine Maskentechnik in einem Ätzprozess erfolgen.In a preferred embodiment of the invention, the radiating element of the infrared radiation source has a meandering shape. In this embodiment, therefore, the at least one heating conductor resistance layer as well as the at least one emission grade increasing layer formed thereon are formed meander-shaped. On the shape and the thickness of the radiator element whose electrical resistance and thus the radiation power can be adjusted appropriately. The structuring of the layers of the radiating element can take place, for example, by means of a mask technique in an etching process.

In einer ebenfalls günstigen Ausführungsform der Erfindung kann das Strahlerelement auch dreidimensional unter Ausbildung von Innenhohlräumen und/oder Gruben in der Heizleiter-Widerstandslage und/oder der emissionsgraderhöhenden Schicht strukturiert sein. Hierdurch ergibt sich die Möglichkeit, insbesondere die thermische Masse der Heizleiter-Widerstandslage herabzusetzen, um eine gute Modulierbarkeit der erfindungsgemäßen Infrarotstrahlungsquelle zu erreichen und dennoch eine hohe mechanische Stabilität des Strahlerelementes zu realisieren.In an equally favorable embodiment of the invention, the radiator element can also be structured in three dimensions to form internal cavities and / or pits in the heat conductor resistance layer and / or the emission grade elevation layer. This results in the possibility, in particular, to reduce the thermal mass of the heating conductor resistance position, in order to achieve a good modulability of the infrared radiation source according to the invention and nevertheless to realize a high mechanical stability of the radiator element.

Beispielsweise kann die Heizleiter-Widerstandslage und/oder die emissionsgraderhöhende Schicht eine Wabenstruktur aufweisen. Die Wände der Wabenstruktur sind dabei in Dickenrichtung der Lagen des Strahlerelementes aufgestellt, sodass sich die charakteristische, mehreckige Wabenform insbesondere bei einer Draufsicht auf eine Unterseite des Strahlerelementes ergibt. Derartige Strukturen weisen eine sehr hohe mechanische Stabilität und eine geringe Masse auf, sodass einerseits eine gute Modulierbarkeit und andererseits eine hohe Langzeitstabilität der Infrarotstrahlungsquelle erzielt werden kann.By way of example, the heat conductor resistance layer and / or the emission grade elevation layer may have a honeycomb structure. The walls of the honeycomb structure are placed in the thickness direction of the layers of the radiator element, so that the characteristic, polygonal honeycomb shape results in particular in a plan view of an underside of the radiator element. Such structures have a very high mechanical stability and a low mass, so that on the one hand a good modulability and on the other hand a high long-term stability of the infrared radiation source can be achieved.

In einer geeigneten Ausbildung der vorliegenden Erfindung ist die freitragende Lagenstruktur mittels Verbindungselementen in Form von Verbindungsarmen oder Verbindungsnetzstrukturen an einem Trägerrahmen des Infrarot-Dünnschichtstrahlers aufgehängt. Durch die Verbindungsarme oder Verbindungsnetzstrukturen wird eine ausreichende mechanische Verbindung zwischen dem Strahlerelement und dem Anschluss- und Trägerteil der Infrarot-Strahlungsquelle hergestellt. Dabei wird der Wärmeverlust durch Wärmeübertragung von dem Strahlerelement auf die weiteren Bereiche der Infrarotstrahlungsquelle minimiert, sodass sich eine hohe Effizienz der erfindungsgemäßen Infrarotstrahlungsquelle ergibt.In a suitable embodiment of the present invention, the cantilevered layer structure is suspended by means of connecting elements in the form of connecting arms or connecting network structures on a support frame of the infrared thin-film radiator. Through the connecting arms or Connecting network structures, a sufficient mechanical connection between the radiating element and the connecting and supporting part of the infrared radiation source is made. In this case, the heat loss is minimized by heat transfer from the radiator element to the other regions of the infrared radiation source, resulting in a high efficiency of the infrared radiation source according to the invention.

Hierbei ist es günstig, wenn wenigstens zwei der Verbindungselemente als elektrische Leiter oder als Träger für elektrische Leiter zum elektrischen Verbinden des Strahlerelementes mit Kontaktflächen auf dem Trägerrahmen oder einer mit dem Trägerrahmen verbundenen Oberfläche des Infrarot-Dünnschichtstrahlers vorgesehen sind. So können gleichzeitig mit der mechanischen Verbindung auch elektrische Verbindungen zwischen Strahlerelement und umgebenden Bereichen der erfindungsgemäßen Infrarotstrahlungsquelle hergestellt werden.It is advantageous if at least two of the connecting elements are provided as electrical conductors or as a carrier for electrical conductors for electrically connecting the radiator element with contact surfaces on the support frame or a surface of the infrared thin-film radiator connected to the support frame. Thus, at the same time as the mechanical connection, electrical connections between the radiating element and the surrounding areas of the infrared radiation source according to the invention can be produced.

Die oben angegebene Aufgabe wird außerdem durch ein Verfahren der eingangs genannten Gattung gelöst, bei welchem die emissionsgraderhöhende Schicht aus dem gleichen Material wie dem der Heizleiter-Widerstandslage, aber als poröse Schicht, abgeschieden wird.The object stated above is also achieved by a method of the type mentioned in the introduction, in which the emission-grade increasing layer is deposited from the same material as the heat conductor resistance layer, but as a porous layer.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Infrarotstrahlung aussendende Fläche des erfindungsgemäß hergestellten Infrarot-Dünnschichtstrahlers als eine freitragende Struktur aus wenigstens einer dünnen Heizleiter-Widerstandslage und wenigstens einer dünnen, auf der Heizleiter-Widerstandslage ausgebildeten emissionsgraderhöhenden Schicht ausgebildet. Dabei werden zur Herstellung der wenigstens einen Heizleiter-Widerstandslage als auch zur Herstellung der wenigstens einen emissionsgraderhöhenden Schicht gleiche Materialien eingesetzt. Dies besitzt den Vorteil, dass die Heizleiter-Widerstandslage und die emissionsgraderhöhende Schicht die gleichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen. Letzteres garantiert wiederum eine hohe Langzeitstabilität des ausgebildeten Strahlerelementes auch bei Einsatz hoher beziehungsweise häufig wechselnder Temperaturen.In the method according to the invention, the infrared radiation emitting surface of the infrared thin-film radiator according to the invention is formed as a self-supporting structure of at least one thin heat conductor resistance layer and at least one thin, on the Heizleiter resistance layer formed emission grading layer. In this case, the same materials are used for producing the at least one heat conductor resistance layer as well as for producing the at least one emission grading layer. This has the advantage that the heat conductor resistance layer and the emission grade increasing layer have the same thermal expansion coefficients. The latter in turn guarantees a high long-term stability of the trained radiating element even when using high or frequently changing temperatures.

Zudem verschafft das erfindungsgemäße Verfahren die Möglichkeit, sowohl für die Heizleiter-Widerstandslage als auch für die emissionsgraderhöhende Schicht ein Material mit hoher Temperaturbeständigkeit auszuwählen, sodass Infrarotstrahler mit hoher Strahlungsleistung zur Verfügung gestellt werden können. Außerdem ist das erfindungsgemäße Verfahren unter Nutzung typischer Verfahrensschritte der Mikroelektronik beziehungsweise Mikromechanik umsetzbar, sodass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gut modulierbare Infrarot-Dünnschichtstrahler in hoher Stückzahl und mit geringen Kosten hergestellt werden können. Besonders günstig ist an dem erfindungsgemäßen Verfahren, dass bei diesem das flächige Strahlerelement der auszubildenden Infrarotstrahlungsquelle als freitragendes Ein-Komponentensystem ausgebildet wird, wodurch keine Delamination des Strahlerelementes auftreten kann.In addition, the method according to the invention provides the possibility of selecting a material with high temperature resistance both for the heating conductor resistance layer and for the emission gradient-increasing layer, so that infrared radiators with high radiation power can be made available. In addition, the method according to the invention can be implemented using typical process steps of microelectronics or micromechanics so that well-modulatable infrared thin-film radiators can be produced in large quantities and at low cost with the method according to the invention. It is particularly favorable in the method according to the invention that in this case the planar radiator element of the infrared radiation source to be formed is formed as a cantilevered one-component system, whereby no delamination of the radiator element can occur.

Dadurch dass die wenigstens eine Heizleiter-Widerstandslage als nicht-poröse Schicht und die wenigstens eine emissionsgraderhöhende Schicht als poröse Schicht ausgebildet werden, können trotz Verwendung gleicher Materialien den einzelnen Lagen unterschiedliche physikalische Eigenschaften zugewiesen werden. Durch die Porosität der emissionsgraderhöhenden Schicht wird deren Emissionsgrad im Infrarotbereich deutlich erhöht, sodass eine Infrarotstrahlungsquelle mit einem hohen Wirkungsgrad zur Verfügung gestellt werden kann.By virtue of the fact that the at least one heating conductor resistance layer is formed as a non-porous layer and the at least one emissivity-increasing layer is formed as a porous layer, different physical properties can be assigned to the individual layers despite the use of the same materials. Due to the porosity of the emission grading layer, its emissivity in the infrared region is significantly increased, so that an infrared radiation source with a high efficiency can be provided.

Damit erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren die Herstellung thermisch gut isolierter, Infrarotstrahlung aussendender Flächenelemente mit geringer Wärmekapazität und hohem Emissionsgrad aus nur einem Material. Dadurch sind hohe Betriebstemperaturen und folglich hohe Strahlungsleistungen bei einer hohen Lebensdauer und guten elektrischen Modulierbarkeit der mit dem Verfahren ausgebildeten Infrarotstrahlungsquelle möglich. Das Verfahren zeichnet sich durch seine Einfachheit und Effektivität, wie die Herstellbarkeit der Strahlerelemente von Infrarotstrahlungsquellen im Waferverband, aus, wodurch es eine kostengünstige Massenproduktion sehr leistungsfähiger Infrarot-Dünnschichtstrahler ermöglicht.Thus, the inventive method allows the production of thermally well insulated, infrared radiation emitting surface elements with low heat capacity and high emissivity of only one material. As a result, high operating temperatures and consequently high radiation powers with a long service life and good electrical modulability of the infrared radiation source formed by the method are possible. The method is characterized by its simplicity and effectiveness, such as the manufacturability of the radiator elements of infrared radiation sources in the wafer assembly, thereby enabling cost-effective mass production of very powerful infrared thin-film radiators.

Erfindungsgemäß wird dabei unter einer porösen Schicht eine Schicht verstanden, in welcher Poren, Spalte, Hohlräume oder Zwischenräume vorhanden sind, die einer Größe im Bereich von 10–9 bis 10–6 m haben. Hieraus resultiert eine im Vergleich zu herkömmlichen, nicht-porösen bzw. homogen geschlossenen Schichten, wie der Heizleiter-Widerstandslage, verringerte Dichte der porösen Schicht.According to the invention, a porous layer is understood to mean a layer in which pores, gaps, cavities or interstices are present which have a size in the range from 10 -9 to 10 -6 m. This results in a reduced density of the porous layer compared to conventional, non-porous or homogeneously closed layers, such as the heat conductor resistance layer.

In einem besonders geeigneten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die emissionsgraderhöhende Schicht durch Verdampfen von Material unter Hochvakuumbedingungen unter einem Einfallswinkel zur Oberflächennormalen der Heizleiter-Widerstandslage abgeschieden, wobei während des Verdampfens der auszubildende Infrarot-Dünnschichtstrahler rotiert. Dabei empfiehlt sich die Verwendung eines Einfallswinkels von ≥ 70°, vorzugsweise von ≥ 80° zur Oberflächennormalen der Heizleiter-Widerstandslage. Eine derartige Technik ist beispielsweise zur Abscheidung einer Absorptionsschicht eines thermischen Strahlungsempfängers in der Patentschrift DE 10 2008 007 674 B3 beschrieben. Bei Verwendung dieses Verfahrens entstehen bei der Ausbildung der emissionsgraderhöhenden Schicht keulenartige Nanostäbchen, deren Dichte und Anzahl sich mit zunehmender Schichtdicke verringert, wohingegen sich Durchmesser und Abstand der Nanostäbchen während des Schichtwachstums vergrößern. Dadurch besitzt die ausgebildete emissionsgraderhöhende Schicht eine Porosität, die entlang der Wachstumsrichtung der Nanostäbchen zunimmt. Die emissionsgraderhöhende Schicht ist allerdings mechanisch stabil sowie feuchtigkeits- und lösungsmittelbeständig.In a particularly suitable embodiment of the method according to the invention, the emission-grade increasing layer is deposited by evaporation of material under high vacuum conditions at an angle of incidence to the surface normal of the heat conductor resistance layer, during which the infrared thin film radiator to be formed rotates. It is recommended to use an angle of incidence of ≥ 70 °, preferably ≥ 80 ° to the surface normal of the heating conductor resistance layer. Such a technique is for example for depositing an absorption layer of a thermal radiation receiver in the patent DE 10 2008 007 674 B3 described. When using this method, formation of the emission-grading layer results in the formation of lobe-like nanorods whose density and number decreases with increasing layer thickness, whereas the diameter and spacing of the nanorods increase during layer growth. As a result, the formed emission grade increasing layer has a porosity that increases along the growth direction of the nanorods. However, the emission-grade increasing layer is mechanically stable and resistant to moisture and solvents.

Grundsätzlich kommen jedoch auch andere Verfahrensvarianten zur Ausbildung der porösen emissionsgraderhöhenden Schicht gemäß der vorliegenden Erfindung in Betracht.In principle, however, other process variants for forming the porous emission grading layer according to the present invention come into consideration.

Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Heizleiter-Widerstandslage und die emissionsgraderhöhende Schicht aus Nickelbasislegierungen, aus Nickelbasis-Superlegierungen, aus NixCr1-x-Legierungen mit 0 ≤ x ≤ 1, aus Wolfram, aus Molybdän, aus Kohlenstoff, aus Platin, aus Tantal, aus Vanadium, aus einer Titanbasislegierung, aus Rhenium, aus Niob, aus Kobalt oder aus einer Legierung aus wenigstens zwei dieser Materialien hergestellt werden. Diese Materialien zeichnen sich durch hohe Schmelzpunkte aus, sodass bei Einsatz dieser Materialien der hergestellte Infrarot-Dünnschichtstrahler bei hohen Temperaturen betrieben werden kann, um eine hohe Strahlungsleistung zu ermöglichen. Von den genannten Materialien eignen sich erfindungsgemäß Nickel-Chrom-Legierungen besonders gut, da Nickel-Chrom-Legierungen einen relativ hohen spezifischen elektrischen Widerstand besitzen und damit besonders gute Heizleiter sind und darüber hinaus an offener Atmosphäre betrieben werden können und nicht wie Wolfram oder Kohlenstoff ein evakuiertes Strahlergehäuse erfordern. Ferner sind Nickel-Chrom-Legierungen, insbesondere aber auch reines Chrom, gut thermisch verdampfbar, sodass diese Materialien besonders gut in dem erfindungsgemäßen Verfahren einsetzbar sind. Mit NiCr sind Betriebstemperaturen einer Infrarotstrahlungsquelle von bis zu 1200°C möglich. Dies bedeutet eine Verdopplung der Betriebstemperatur gegenüber kommerziellen Dünnschichtstrahlern und damit eine etwa sechzehnfach höhere Strahlungsleistung. Durch die Verwendung von NiCr wird eine lange Lebensdauer und eine gute Langzeitstabilität der auszubildenden Infrarot-strahlungsquelle garantiert. Darüber hinaus sind für die Ausbildung der Heizleiter-Widerstandslage und der emissionsgraderhöhenden Schicht noch eine Vielzahl weiterer Materialien geeignet, welche oben bereits erwähnt wurden.It has proven to be particularly advantageous if the heat conductor resistance layer and the emission grade layer of nickel-base alloys, of nickel-base superalloys, of Ni x Cr 1-x alloys with 0≤x≤1, of tungsten, of molybdenum, of carbon, platinum, tantalum, vanadium, titanium based alloy, rhenium, niobium, cobalt, or an alloy of at least two of these materials. These materials are characterized by high melting points, so that when using these materials, the manufactured infrared thin-film radiator can be operated at high temperatures to allow a high radiant power. Of the materials mentioned nickel-chromium alloys are particularly well suited according to the invention, since nickel-chromium alloys have a relatively high electrical resistivity and thus are particularly good heat conductors and beyond can be operated in an open atmosphere and not as tungsten or carbon evacuated spotlight housing require. Furthermore, nickel-chromium alloys, but especially also pure chromium, are readily thermally evaporable, so that these materials can be used particularly well in the process according to the invention. With NiCr operating temperatures of an infrared radiation source of up to 1200 ° C are possible. This means a doubling of the operating temperature compared to commercial thin-film radiators and thus an approximately sixteen times higher radiant power. The use of NiCr guarantees a long service life and good long-term stability of the infrared radiation source to be formed. In addition, a variety of other materials are suitable for the formation of the heat conductor resistance layer and the emissions grading layer, which have already been mentioned above.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Heizleiter-Widerstandslage und die emissionsgraderhöhende Schicht in aufeinanderfolgenden Schritten ein und desselben Schichtabscheidungsprozesses abgeschieden. Vorzugsweise ist dieser Schichtabscheidungsprozess ein Hochvakuumprozess. Hierdurch kann der Infrarot-Dünnschichtstrahler mit sehr hoher Qualität und besonders effektiv hergestellt werden. Da es erfindungsgemäß vorgesehen ist, sowohl die Heizleiter-Widerstandslage als auch die emissionsgraderhöhende Schicht aus dem gleichen Material auszubilden, ist somit auch der Schichtabscheidungsprozess, in welchem beide Lagen in aufeinanderfolgenden Schritten abgeschieden werden, besonders einfach gestaltbar.In a preferred embodiment of the method according to the invention, the heat conductor resistance layer and the emission grade elevation layer are deposited in successive steps of one and the same layer deposition process. Preferably, this layer deposition process is a high vacuum process. As a result, the infrared thin-film radiator can be produced with very high quality and particularly effective. Since it is provided according to the invention to form both the heat conductor resistance layer and the emission gradient layer from the same material, the layer deposition process in which both layers are deposited in successive steps is therefore also particularly easy to design.

Es empfiehlt sich in einer Variante der Erfindung, die Heizleiter-Widerstandslage zunächst auf ein Opfermaterial abzuscheiden, wobei nach Abscheidung der emissionsgraderhöhenden Schicht auf der Heizleiter-Widerstandslage das Opfermaterial zum Freilegen des Strahlerelementes entfernt wird. Das Opfermaterial bildet somit zunächst nur eine Hilfsunterlage aus, auf welcher die Schichtabscheidungen vorgenommen werden können. Für die Funktion der auszubildenden Infrarotstrahlungsquelle ist das Opfermaterial jedoch nicht erforderlich, sondern eher störend, sodass es nachfolgend entfernt wird. Das Entfernen des Opfermaterials kann beispielsweise mittels Ätzen erfolgen.It is recommended in a variant of the invention to first deposit the heat conductor resistance layer on a sacrificial material, wherein the sacrificial material for exposing the radiator element is removed after deposition of the emission grading layer on the heat conductor resistance layer. The sacrificial material thus initially forms only an auxiliary backing on which the layer deposits can be made. However, for the function of the infrared radiation source to be formed, the sacrificial material is not required, but rather annoying, so that it is subsequently removed. The removal of the sacrificial material can be done for example by means of etching.

In einer anderen Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Heizleiter-Widerstandslage zunächst als vorgefertigte Folie zur Verfügung gestellt und auf ein Opfermaterial aufgebracht. Danach wird die emissionsgraderhöhende Schicht auf die Heizleiter-Widerstandslage abgeschieden und nachfolgend das Opfermaterial zum Freilegen des Strahlerelementes entfernt. Dieses Verfahren kann ebenfalls zur Massenproduktion eingesetzt werden, wobei preiswerte Folien mit geeigneter Dicke zur Ausbildung des Strahlerelementes der Infrarotstrahlungsquelle verwendet werden können.In another variant of the method according to the invention, the heating conductor resistance layer is first provided as a prefabricated film and applied to a sacrificial material. Thereafter, the emission grade increasing layer is deposited on the heat conductor resistance layer and subsequently the sacrificial material is removed to expose the radiating element. This method can also be used for mass production, wherein inexpensive films with a suitable thickness can be used to form the radiating element of the infrared radiation source.

Vorzugsweise werden gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens die Heizleiter-Widerstandslage und die emissionsgraderhöhende Schicht mäanderförmig unter Verwendung einer Maskentechnik strukturiert. Durch diese Strukturierung erfolgt die Formgebung des Strahlerelementes. Durch die Form des Mäanders ist der elektrische Widerstand der auszubildenden Infrarotstrahlungsquelle einstellbar.Preferably, in accordance with an embodiment of the method according to the invention, the heat conductor resistance layer and the emission gradient-increasing layer are structured in meandering fashion using a masking technique. By this structuring the shaping of the radiator element takes place. Due to the shape of the meander, the electrical resistance of the infrared radiation source to be formed is adjustable.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann die Heizleiter-Widerstandslage auch wabenförmig geätzt werden. Hierdurch lässt sich die thermische Masse der Heizleiter-Widerstandslage geeignet einstellen, um eine gute Modulierbarkeit der auszubildenden Infrarotstrahlungsquelle zu erreichen. In a further embodiment of the present invention, the heat conductor resistance layer can also be etched honeycomb-shaped. In this way, the thermal mass of the heating conductor resistance position can be suitably adjusted in order to achieve good modulability of the infrared radiation source to be formed.

Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, deren Aufbau, Funktion und Vorteile werden im Folgenden anhand von Figuren näher erläutert, wobeiPreferred embodiments of the present invention, their structure, function and advantages are explained in more detail below with reference to figures, wherein

1 schematisch einen Querschnitt durch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Infrarotstrahlungsquelle zeigt; 1 schematically shows a cross section through an embodiment of an infrared radiation source according to the invention;

2 bis 6 schematisch eine mögliche Prozessabfolge zur Ausbildung einer erfindungsgemäßen Infrarotstrahlungsquelle zeigen; 2 to 6 schematically show a possible process sequence for forming an infrared radiation source according to the invention;

7 schematisch eine Draufsicht auf eine Variante einer erfindungsgemäßen Infrarotstrahlungsquelle zeigt; 7 schematically shows a plan view of a variant of an infrared radiation source according to the invention;

8 schematisch eine Draufsicht auf eine andere Ausbildung einer erfindungsgemäßen Infrarotstrahlungsquelle zeigt; und 8th schematically shows a plan view of another embodiment of an infrared radiation source according to the invention; and

9 schematisch eine Draufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Infrarotstrahlungsquelle zeigt. 9 schematically shows a plan view of a further embodiment of an infrared radiation source according to the invention.

1 zeigt schematisch in einem Querschnitt eine mögliche Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Infrarotstrahlungsquelle 1. Die Infrarotstrahlungsquelle 1 ist in Form eines Infrarot-Dünnschichtstrahlers ausgebildet. Die Infrarotstrahlungsquelle 1 weist ein Infrarotstrahlung aussendendes Strahlerelement 2 auf, welches als eine freitragende Lagenstruktur ausgebildet ist. 1 shows schematically in a cross section a possible embodiment of an infrared radiation source according to the invention 1 , The infrared radiation source 1 is designed in the form of an infrared thin-film radiator. The infrared radiation source 1 has a radiating element emitting infrared radiation 2 which is formed as a cantilevered layer structure.

Die freitragende Lagenstruktur setzt sich in dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel aus einer Heizleiter-Widerstandslage 3 und einer darauf ausgebildeten emissionsgraderhöhenden Schicht 4 zusammen. Dabei sind die Heizleiter-Widerstandslage 3 und die emissionsgraderhöhende Schicht 4 aus dem gleichen Material ausgebildet. Allerdings ist die emissionsgraderhöhende Schicht 4, im Gegensatz zu der Heizleiter-Widerstandslage 3, eine poröse Schicht. Das heißt, die emissionsgraderhöhende Schicht 4 weist Poren, Einschlüsse, Zwischen- oder Hohlräume oder Spalten auf, welche eine Größenordnung von 10–9 bis 10–6 m besitzen und dadurch der emissionsgraderhöhenden Schicht 4 eine Porosität und eine im Vergleich zu der Heizleiter-Widerstandslage 3 verringerte Dichte verleihen.The self-supporting layer structure is in the in 1 illustrated embodiment of a heat conductor resistance layer 3 and an emissive grade enhancing layer formed thereon 4 together. Here are the heat conductor resistance 3 and the emission-grade increasing layer 4 made of the same material. However, the emission grading layer is 4 , in contrast to the heat conductor resistance 3 , a porous layer. That is, the emission-grade increasing layer 4 has pores, inclusions, interstices or voids, or columns, of the order of 10 -9 to 10 -6 m, and thereby the emission-grade increasing layer 4 a porosity and one compared to the Heizleiter resistance layer 3 give reduced density.

In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel weist die emissionsgraderhöhende Schicht 4 eine spezielle poröse Struktur in Form keulenartiger Nanostäbchen auf, deren Dichte und Anzahl sich mit zunehmender Schichtdicke der emissionsgraderhöhenden Schicht 4 verringern, wohingegen sich Durchmesser und Abstand der Nanostäbchen mit zunehmender Schichtdicke vergrößern. In anderen, nicht gezeigten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die Porosität der emissionsgraderhöhenden Schicht 4 auch anders, wie es beispielsweise bei porösem Silizium bekannt ist, ausgebildet sein.In the in 1 illustrated embodiment, the emissionsgraderhöhende layer 4 a special porous structure in the form of club-like nanorods, whose density and number increase with increasing layer thickness of the emission-grading layer 4 reduce, whereas the diameter and distance of the nanorods increase with increasing layer thickness. In other embodiments of the present invention not shown, the porosity of the emission grade enhancing layer may be increased 4 also differently, as it is known, for example, in porous silicon to be formed.

In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel bestehen sowohl die Heizleiter-Widerstandslage 3 als auch die emissionsgraderhöhende Schicht 4 aus einer Nickel-Chrom-Legierung. In anderen, nicht gezeigten Ausführungsvarianten der vorliegenden Erfindung können die Heizleiter-Widerstandslage 3 und die emissionsgraderhöhende Schicht 4 auch aus anderen geeigneten, vorzugsweise hochschmelzenden Materialien, wie Chrom, Wolfram, Molybdän, Kohlenstoff, Platin oder auch anderen, oben bereits erwähnten Materialien ausgebildet sein. Dabei empfiehlt es sich, für die Ausbildung der Heizleiter-Widerstandslage 3 und der emissionsgraderhöhenden Schicht 4 ein Material zu wählen, welches bei Normaldruck eine Schmelztemperatur von ≥ 1200°C aufweist. Grundsätzlich kommen jedoch auch andere Materialien mit geringeren Schmelztemperaturen in Betracht.In the in 1 shown embodiment, both the heating conductor resistance layer 3 as well as the emission grading layer 4 made of a nickel-chromium alloy. In other, not shown embodiments of the present invention, the heat conductor resistance layer 3 and the emission-grade increasing layer 4 be formed from other suitable, preferably high-melting materials such as chromium, tungsten, molybdenum, carbon, platinum or other materials already mentioned above. It is recommended for the training of Heizleiter resistance 3 and the emission grading layer 4 to choose a material which has a melting temperature of ≥ 1200 ° C at atmospheric pressure. In principle, however, other materials with lower melting temperatures come into consideration.

Obwohl in dem Ausführungsbeispiel von 1 nur eine Heizleiter-Widerstandslage 3 und eine emissionsgraderhöhende Schicht 4 dargestellt sind, kann jede der Lagen auch aus einer Schichtfolge ausgebildet sein. So kann die Heizleiter-Widerstandslage 3 beispielsweise aus mehreren übereinander angeordneten Einzelschichten des gleichen Materials und die emissionsgraderhöhende Schicht 4 aus mehreren aufeinander liegenden Einzelschichten des gleichen Materials ausgebildet sein.Although in the embodiment of 1 only one heat conductor resistance layer 3 and an emissions-grade increasing layer 4 are shown, each of the layers may also be formed from a layer sequence. So can the heat conductor resistance 3 for example, of several superimposed individual layers of the same material and the emissions grading layer 4 be formed of several superimposed individual layers of the same material.

Wie es aus 1 ersichtlich ist, ist das aus der Heizleiter-Widerstandslage 3 und der emissionsgraderhöhenden Schicht 4 zusammengesetzte Strahlerelement 2 freitragend an einem Trägerrahmen 5 montiert. Hierbei ist das Strahlerelement 2 über geeignete Verbindungselemente mit dem Trägerrahmen 5 verbunden. Dabei ist das Strahlerelement 2 an den Seiten, an welchen es an dem Trägerrahmen 5 aufgehängt ist, elektrisch mittels Bonddrähten 6 kontaktiert. Die Bonddrähte 6 verbinden dabei das Strahlerelement 2 mit elektrischen Anschlussbereichen auf einem Trägersubstrat 7 der Infrarotstrahlungsquelle 1. Like it out 1 it can be seen that is from the Heizleiter resistance layer 3 and the emission grading layer 4 composite radiating element 2 self-supporting on a support frame 5 assembled. Here is the radiator element 2 via suitable connecting elements with the support frame 5 connected. Here is the radiator element 2 on the sides to which it is attached to the support frame 5 is suspended, electrically by means of bonding wires 6 contacted. The bonding wires 6 connect the radiator element 2 with electrical connection areas on a carrier substrate 7 the infrared radiation source 1 ,

Wie es ferner aus 1 hervorgeht ist, ist das Strahlerelement 2 strukturiert. Durch die Strukturierung des Strahlerelementes 2 ist dessen elektrischer Widerstand einstellbar. Mögliche Strukturierungen des Strahlerelementes 2 finden sich beispielsweise in 7 und 8, welche nachfolgend näher erläutert werden.As it further looks like 1 shows is the radiator element 2 structured. By structuring the radiator element 2 its electrical resistance is adjustable. Possible structuring of the radiator element 2 can be found for example in 7 and 8th , which are explained in more detail below.

Die 2 bis 6 zeigen schematisch eine mögliche Prozessabfolge zur Herstellung der Infrarotstrahlungsquelle 1 aus 1. Grundsätzlich sind jedoch auch andere Prozessabfolgen bzw. Änderungen einzelner Schritte der nachfolgend beispielhaft beschriebenen Prozessabfolge möglich.The 2 to 6 schematically show a possible process sequence for the production of the infrared radiation source 1 out 1 , In principle, however, other process sequences or changes of individual steps of the process sequence described below by way of example are also possible.

Gemäß 2 wird zunächst ein Substrat zur Verfügung gestellt, welches später den Trägerrahmen 5 ausbildet. Das Substrat wird in eine Abscheidekammer, vorzugsweise unter Hochvakuumbedingungen, eingebracht. In der Abscheidekammer erfolgt beispielsweise mittels physikalischer Abscheidung, wie beispielsweise mittels Verdampfen, ein senkrechter Teilcheneinfall auf die Oberfläche des Substrates, wobei auf der Oberfläche des Substrates ganzflächig eine dünne Heizleiter-Widerstandslage 3 abgeschieden wird, welche in dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel eine Nickel-Chrom-Legierung ist. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel erfolgt die Abscheidung der Heizleiter-Widerstandslage 3 unter konstanter Rotation des Substrates.According to 2 First, a substrate is provided, which later the support frame 5 formed. The substrate is placed in a deposition chamber, preferably under high vacuum conditions. In the deposition chamber, for example by means of physical deposition, such as by evaporation, a vertical particle incidence on the surface of the substrate, wherein on the surface of the substrate over the entire surface of a thin Heizleiter resistance layer 3 which is deposited in the in 2 illustrated embodiment is a nickel-chromium alloy. In the exemplary embodiment shown, the deposition of the heating conductor resistance layer takes place 3 under constant rotation of the substrate.

In dem in 2 gezeigten Beispiel beträgt die Schichtdicke der Heizleiter-Widerstandslage 3 etwa 500 nm. In anderen, nicht gezeigten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann auch eine andere Schichtdicke der Heizleiter-Widerstandslage 3 gewählt werden. In noch anderen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann die Heizleiter-Widerstandslage 3 auch eine nicht auf dem Substrat abgeschiedene, sondern eine auf das Substrat aufgebrachte, vorgefertigte Folie sein. Schichtdicken solcher Folien sind typischerweise deutlich dicker als die abgeschiedener Dünnschichten. Beipielsweise kann die Schichtdicke einer solchen Folie zwischen 2 und 5 μm betragen.In the in 2 As shown, the layer thickness of the heating conductor resistance layer 3 about 500 nm. In other, not shown embodiments of the present invention may also be another layer thickness of the Heizleiter resistance layer 3 to get voted. In still other embodiments of the present invention, the heat conductor resistance layer 3 also a not deposited on the substrate, but be applied to the substrate, prefabricated film. Layer thicknesses of such films are typically significantly thicker than the deposited thin films. For example, the layer thickness of such a film can be between 2 and 5 μm.

In einem nachfolgenden Prozessschritt, der vorzugsweise in der gleichen Abscheidekammer und direkt im Anschluss an die Abscheidung der Heizleiter-Widerstandslage 3 ausgeführt wird, wird wie in 3 gezeigt, auf der Heizleiter-Widerstandslage 3 eine emissionsgraderhöhende Schicht 4 abgeschieden. Die emissionsgraderhöhende Schicht 4 ist ebenfalls wie die Heizleiter-Widerstandslage 3 in dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine Nickel-Chrom-Legierung.In a subsequent process step, preferably in the same deposition chamber and directly following the deposition of the heating conductor resistance layer 3 is executed, as in 3 shown on the heat conductor resistance layer 3 an emission grading layer 4 deposited. The emission grading layer 4 is also like the heat conductor resistance layer 3 in the illustrated embodiment, a nickel-chromium alloy.

Während die Heizleiter-Widerstandslage 3 unter konventionellen Schichtabscheidebedingungen, das heißt mit senkrechtem Teilcheneinfall auf die Oberfläche des Substrates, erzeugt wird, wird die emissionsgraderhöhende Schicht 4, wie es schematisch durch die Pfeile in 3 dargestellt ist, bei einem Teilcheneinfall in einem Winkel zu der Oberflächennormale des Substrates 5 auf der Heizleiter-Widerstandslage 3 erzeugt. Vorzugsweise ist dabei der Einfallswinkel zur Oberflächennormale des Substrates > 80°. Dabei rotiert das Substrat mit konstanter Geschwindigkeit weiter. Aufgrund des hohen Einfallswinkels bildet sich eine poröse Schicht, deren Porosität durch Kontrolle des Einfallswinkels beeinflusst werden kann. Die entstehende poröse Schicht besitzt die Eigenschaft, dass sie Infrarotstrahlung sehr gut absorbiert. Da nach dem Kirchhoffschen Strahlungsgesetz gute Absorber auch gute Emitter sind, besitzt die ausgebildete emissionsgraderhöhende Schicht 4 einen hohen Emissionsgrad im Infrarotbereich. Die Abscheidung der emissionsgraderhöhenden Schicht 4 kann beispielsweise mit einer Abscheiderate von 1 bis 5 nm pro Sekunde erfolgen.While the heat conductor resistance 3 is produced under conventional Schichtabscheidebedingungen, that is, with normal particle incidence on the surface of the substrate, the emissivity increasing layer 4 as shown schematically by the arrows in 3 with particle incidence at an angle to the surface normal of the substrate 5 on the heat conductor resistance layer 3 generated. Preferably, the angle of incidence to the surface normal of the substrate is> 80 °. The substrate continues to rotate at a constant speed. Due to the high angle of incidence, a porous layer forms, the porosity of which can be influenced by controlling the angle of incidence. The resulting porous layer has the property that it absorbs infrared radiation very well. Since, according to the Kirchhoff radiation law, good absorbers are also good emitters, the trained emission-grading-enhancing layer possesses 4 a high emissivity in the infrared range. The deposition of the emission grading layer 4 can be done, for example, with a deposition rate of 1 to 5 nm per second.

In Ergebnis dieser Form der Abscheidung entsteht eine emissionsgraderhöhende Schicht 4, welche eine Porosität aufweist. Die Porosität ergibt sich durch die Zusammensetzung der emissionsgraderhöhenden Schicht 4 aus einer Vielzahl nebeneinander aufrecht stehender keulenartiger Nanostäbchen, zwischen welchen Zwischenräume ausgebildet sind, deren Größe entlang der Wachstumsrichtung der Nanostäbchen zunimmt.As a result of this form of deposition, an emission-grade increasing layer results 4 which has a porosity. The porosity is due to the composition of the emission grading layer 4 from a multiplicity of side-by-side upright club-like nanorods, between which intermediate spaces are formed whose size increases along the direction of growth of the nanorods.

Wie es aus 4 ersichtlich ist, wird in einem weiteren Prozessschritt auf der emissionsgraderhöhenden Schicht 4 eine Lackmaske 8 aufgebracht, über welche die emissionsgraderhöhende Schicht 4 und die darunter befindliche Heizleiter-Widerstandslage 3 beispielsweise mittels Ionenstrahlätzen strukturiert werden. Damit werden das Strahlerelement 2 und die Kontaktierungsflächen der Infrarotstrahlungsquelle 1 mit den Kontaktierungsarmen definiert.Like it out 4 is apparent in a further process step on the emission grading layer 4 a paint mask 8th applied, over which the emission grading layer 4 and the underlying heating conductor resistance layer 3 For example, be patterned by means of ion beam etching. This will be the radiator element 2 and the contacting surfaces of the infrared radiation source 1 defined with the Kontaktierungsarmen.

Wie in 5 zu sehen, wird nachfolgend auf der Rückseite des Substrates eine Maske 9 aufgebracht, über welche das Substrat zum Freilegen des Strahlerelementes 2 weggeätzt wird. Gleichzeitig kann mit dem Ätzprozess eine Chipvereinzelung erfolgen. Alternativ kann dies aber auch durch anschließendes Sägen des Substratmaterials geschehen. Durch das Freilegen des Strahlerelementes 2 entsteht ein freitragendes, strukturiertes Strahelerelement 2, das an dem Trägerrahmen 5 aus Substratmaterial über Kontaktierungsarme befestigt und mit Kontaktierungsflächen verbunden ist, an denen die elektrische Kontaktierung erfolgt.As in 5 see below is a mask on the back of the substrate 9 applied over which the substrate for exposing the radiator element 2 is etched away. At the same time, chip etching can take place with the etching process. Alternatively, this can also be done by subsequent sawing of the substrate material. By exposing the radiator element 2 A self-supporting, structured Straherer element is created 2 on the support frame 5 is attached from substrate material via Kontaktierungsarme and connected to contacting surfaces, where the electrical contact is made.

Das Einstellen eines für den Betrieb sinnvollen elektrischen Widerstandes erfolgt über die Schichtdicke der Heizleiter-Widerstandslage 3 sowie durch die Strukturierung des Strahlerelementes 2, das heißt durch die Strukturierung der Heizleiter-Widerstandslage 3 und der emissionsgraderhöhenden Schicht 4, in mindestens zwei Dimensionen. Wie es in den 7 und 8 dargestellt ist, kann dies zum Beispiel in Form eines Mäanders erfolgen.The setting of a meaningful for the operation electrical resistance via the layer thickness of the heating conductor resistance 3 as well as through the structuring of the radiator element 2 that is, by structuring the heat conductor resistance layer 3 and the emission grading layer 4 , in at least two dimensions. As it is in the 7 and 8th is shown, this can be done for example in the form of a meander.

6 zeigt schematisch die Struktur aus 5 nach erfolgtem Ätzschritt, das heißt als vereinzelten Chip. Der Chip aus 6 kann daraufhin, wie es in 1 dargestellt ist, beispielsweise mit einer Klebeschicht 10 mit einem Trägersubstrat 7 verbunden werden. Ferner können durch Bonden von Bonddrähten 6 elektrische Kontakte zwischen dem Strahlerelement 2 und Kontaktflächen auf dem Trägersubstrat 7 hergestellt werden. Der in 6 dargestellte Chip kann beispielsweise auch in ein Standard-Transistorgehäuse eingebracht sein. 6 schematically shows the structure 5 after the etching step, that is, as a singulated chip. The chip out 6 can then, as it is in 1 is shown, for example with an adhesive layer 10 with a carrier substrate 7 get connected. Furthermore, by bonding of bonding wires 6 electrical contacts between the radiator element 2 and contact surfaces on the carrier substrate 7 getting produced. The in 6 For example, the chip shown can also be incorporated in a standard transistor housing.

7 zeigt schematisch eine mögliche Ausbildung einer erfindungsgemäßen Infrarotstrahlungsquelle 1, bei welcher das Strahlerelement 2 in einer Mäanderform ausgebildet ist. In der Darstellung von 7 sind dabei die elektrischen Anschlüsse des Strahlerelementes 2 auf einer Seite des Trägersubstrates 5 vorgesehen. 7 schematically shows a possible embodiment of an infrared radiation source according to the invention 1 in which the radiating element 2 is formed in a meandering shape. In the presentation of 7 are the electrical connections of the radiator element 2 on one side of the carrier substrate 5 intended.

In einer alternativen Ausgestaltung, die in 8 schematisch in einer Draufsicht dargestellt ist, ist das Strahlerelement 2' der gezeigten Infrarotstrahlungsquelle 1' ebenfalls in Mäanderform ausgebildet, wobei sich die elektrischen Kontakte des Strahlerelementes 2' auf einander gegenüber liegenden Seiten des Trägerrahmens 5 befinden.In an alternative embodiment, the in 8th is shown schematically in a plan view, is the radiator element 2 ' the infrared radiation source shown 1' also formed in meandering, with the electrical contacts of the radiator element 2 ' on opposite sides of the support frame 5 are located.

9 zeigt schematisch in einer Draufsicht noch eine weitere mögliche Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Infrarotstrahlungsquelle 1''. In der Darstellung von 5 ist die Heizleiter-Widerstandslage 3 des Strahlerelementes 2'' dreidimensional, hier wabenförmig, geätzt. Die Waben können beispielsweise mittels Ionenstrahlätzen der Heizleiter-Widerstandslage 3 von der Rückseite der in 9 dargestellten Struktur ausgebildet werden. Über der geätzten Heizleiter-Widerstandslage 3 wird die emissionsgraderhöhende Schicht 4 flächig abgeschieden, wobei sich die Form der emissionsgraderhöhenden Schicht 4 der geätzten Form der Heizleiter-Widerstandslage 3 anpasst. Das Strahlerelement 2'' von 9 ist an einander gegenüber liegenden Seiten mit dem Trägerrahmen 5 der Infrarotstrahlungsquelle 1'' mechanisch verbunden. Die mechanische Verbindung wird hierbei unter anderem durch die eine Verbindungsnetzstruktur ausbildenden Wabenwände des Strahlerelementes 2'' realisiert. 9 shows schematically in plan view yet another possible embodiment of an infrared radiation source according to the invention 1'' , In the presentation of 5 is the heat conductor resistance layer 3 of the radiating element 2 '' three-dimensionally, here honeycomb-shaped, etched. The honeycombs can be, for example, by means of ion beam etching of the heating conductor resistance layer 3 from the back of the in 9 be formed structure shown. Over the etched heat conductor resistance layer 3 becomes the emission grading layer 4 deposited flat, with the shape of the emission grading layer 4 the etched shape of the heat conductor resistance layer 3 adapts. The radiator element 2 '' from 9 is on opposite sides with the support frame 5 the infrared radiation source 1'' mechanically connected. The mechanical connection is in this case, inter alia, by the honeycomb walls of the radiator element forming a connection network structure 2 '' realized.

Claims (22)

Infrarotstrahlungsquelle (1, 1', 1''), die als ein Infrarot-Dünnschichtstrahler ausgebildet ist, wobei ein Infrarotstrahlung aussendendes Strahlerelement (2, 2', 2'') des Infrarot-Dünnschichtstrahlers als eine freitragende Lagenstruktur ausgebildet ist, welche wenigstens eine Heizleiter-Widerstandslage (3) und wenigstens eine darauf ausgebildete, für eine Erhöhung des optischen Emissionsgrades des Strahlerelementes (2, 2', 2'') sorgende emissionsgraderhöhende Schicht (4) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizleiter-Widerstandslage (3) und die emissionsgraderhöhende Schicht (4) aus dem gleichen Material ausgebildet sind, aber die emissionsgraderhöhende Schicht (4) eine poröse Schicht ist.Infrared radiation source ( 1 . 1' . 1'' ), which is formed as an infrared thin-film radiator, wherein an infrared radiation emitting emitter element ( 2 . 2 ' . 2 '' ) of the infrared thin-film radiator is designed as a self-supporting layer structure which has at least one heat conductor resistance layer ( 3 ) and at least one formed thereon, for an increase in the optical emissivity of the radiator element ( 2 . 2 ' . 2 '' ) providing an emission-increasing layer ( 4 ), characterized in that the heating conductor resistance layer ( 3 ) and the emission-grade increasing layer ( 4 ) are formed of the same material, but the emission-grade increasing layer ( 4 ) is a porous layer. Infrarotstrahlungsquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die freitragende Lagenstruktur nur aus der wenigstens einen Heizleiter-Widerstandslage (3) und der wenigstens einen emissionsgraderhöhenden Schicht (4) ausgebildet ist.Infrared radiation source according to claim 1, characterized in that the cantilevered layer structure only from the at least one Heizleiter resistance layer ( 3 ) and the at least one emission grading layer ( 4 ) is trained. Infrarotstrahlungsquelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizleiter-Widerstandslage (3) eine Dünnschicht ist.Infrared radiation source according to claim 1 or 2, characterized in that the heating conductor resistance layer ( 3 ) is a thin film. Infrarotstrahlungsquelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizleiter-Widerstandslage (3) eine Folie ist.Infrared radiation source according to claim 1 or 2, characterized in that the heating conductor resistance layer ( 3 ) is a foil. Infrarotstrahlungsquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizleiter-Widerstandslage (3) und die emissionsgraderhöhende Schicht (4) aus einem Material mit einer Schmelztemperatur bei Normaldruck von ≥ 1200°C ausgebildet sind. Infrared radiation source according to one of the preceding claims, characterized in that the heating conductor resistance layer ( 3 ) and the emission-grade increasing layer ( 4 ) are formed of a material having a melting temperature at normal pressure of ≥ 1200 ° C. Infrarotstrahlungsquelle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizleiter-Widerstandslage (3) und die emissionsgraderhöhende Schicht (4) aus einer Nickelbasislegierung, aus einer Nickelbasis-Superlegierung, aus einer NixCr1-x-Legierung mit 0 ≤ x ≤ 1, aus Wolfram, aus Molybdän, aus Kohlenstoff, aus Platin, aus Tantal, aus Vanadium, aus einer Titanbasislegierung, aus Rhenium, aus Niob, aus Kobalt oder aus einer Legierung aus wenigstens zwei dieser Materialien ausgebildet ist.Infrared radiation source according to claim 5, characterized in that the heating conductor resistance layer ( 3 ) and the emission-grade increasing layer ( 4 nickel-based alloy, nickel-base superalloy, Ni x Cr 1-x alloy of 0≤x≤1, tungsten, molybdenum, carbon, platinum, tantalum, vanadium, titanium-based alloy, is formed from rhenium, niobium, cobalt or an alloy of at least two of these materials. Infrarotstrahlungsquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtschichtdicke der wenigstens einen Heizleiter-Widerstandslage (3) ≤ 500 nm ist.Infrared radiation source according to one of the preceding claims, characterized in that the total layer thickness of the at least one heat conductor resistance layer ( 3 ) ≤ 500 nm. Infrarotstrahlungsquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtschichtdicke der wenigstens einen emissionsgraderhöhenden Schicht (4) ≤ 3 μm ist.Infrared radiation source according to one of the preceding claims, characterized in that the total layer thickness of the at least one emission grading layer ( 4 ) ≤ 3 μm. Infrarotstrahlungsquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtschichtdicke der wenigstens einen emissionsgraderhöhenden Schicht (4) größer als 5 μm ist.Infrared radiation source according to one of claims 1 to 7, characterized in that the total layer thickness of the at least one emission grading layer ( 4 ) is greater than 5 microns. Infrarotstrahlungsquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlerelement (2, 2') eine Mäanderform aufweist.Infrared radiation source according to one of the preceding claims, characterized in that the radiator element ( 2 . 2 ' ) has a meandering shape. Infrarotstrahlungsquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlerelement (2'') dreidimensional unter Ausbildung von Innenhohlräumen und/oder Gruben in der Heizleiter-Widerstandslage (3) und/oder der emissionsgraderhöhenden Schicht (4) strukturiert ist.Infrared radiation source according to one of the preceding claims, characterized in that the radiator element ( 2 '' ) three-dimensionally forming internal cavities and / or pits in the heat conductor resistance layer ( 3 ) and / or the emission grading layer ( 4 ) is structured. Infrarotstrahlungsquelle nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizleiter-Widerstandslage (3) und/oder die emissionsgraderhöhende Schicht (4) eine Wabenstruktur aufweist.Infrared radiation source according to claim 11, characterized in that the heating conductor resistance layer ( 3 ) and / or the emission-grade increasing layer ( 4 ) has a honeycomb structure. Infrarotstrahlungsquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die freitragende Lagenstruktur mittels Verbindungselementen in Form von Verbindungsarmen oder Verbindungsnetzstrukturen an einem Trägerrahmen (5) des Infrarot-Dünnschichtstrahlers aufgehängt ist.Infrared radiation source according to one of the preceding claims, characterized in that the cantilevered layer structure by means of connecting elements in the form of connecting arms or connecting network structures on a support frame ( 5 ) of the infrared thin-film radiator is suspended. Infrarotstrahlungsquelle nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei der Verbindungselemente als elektrische Leiter oder als Träger für elektrische Leiter zum elektrischen Verbinden des Strahlerelementes (2, 2', 2'') mit Kontaktflächen auf dem Trägerrahmen (5) oder einer mit dem Trägerrahmen (5) verbundenen Oberfläche des Infrarot-Dünnschichtstrahlers vorgesehen sind.Infrared radiation source according to claim 13, characterized in that at least two of the connecting elements as electrical conductors or as a carrier for electrical conductors for electrically connecting the radiator element ( 2 . 2 ' . 2 '' ) with contact surfaces on the support frame ( 5 ) or one with the support frame ( 5 ) are provided connected surface of the infrared thin-film radiator. Verfahren zum Herstellen einer in Form eines Infrarot-Dünnschichtstrahlers ausgebildeten Infrarotstrahlungsquelle (1, 1', 1''), wobei zur Ausbildung eines Infrarotstrahlung aussendenden Strahlerelementes (2, 2', 2'') des Infrarot-Dünnschichtstrahlers auf wenigstens einer Heizleiter-Widerstandslage (3) wenigstens eine, für eine Erhöhung des optischen Emissionsgrades des Strahlerelementes (2, 2', 2'') sorgende emissionsgraderhöhende Schicht (4) vorgesehen und das Strahlerelement (2, 2', 2'') zu einer freitragenden Lagenstruktur strukturiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die emissionsgraderhöhende Schicht (4) aus dem gleichen Material wie dem der Heizleiter-Widerstandslage (3), aber als poröse Schicht, abgeschieden wird.Method for producing an infrared radiation source (in the form of an infrared thin-film radiator) ( 1 . 1' . 1'' ), wherein to form an infrared radiation emitting emitter element ( 2 . 2 ' . 2 '' ) of the infrared thin-film radiator on at least one heat conductor resistance layer ( 3 ) at least one, for an increase in the optical emissivity of the radiator element ( 2 . 2 ' . 2 '' ) providing an emission-increasing layer ( 4 ) and the radiator element ( 2 . 2 ' . 2 '' ) is structured into a self-supporting layer structure, characterized in that the emission-grade increasing layer ( 4 ) made of the same material as the heat conductor resistance layer ( 3 ), but as a porous layer, is deposited. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die emissionsgraderhöhende Schicht (4) durch Verdampfen von Material unter Hochvakuumbedingungen unter einem Einfallswinkel von ≥ 80° zur Oberflächennormalen der Heizleiter-Widerstandslage (3) abgeschieden wird, wobei während des Verdampfens der auszubildende Infrarot-Dünnschichtstrahler rotiert.Method according to Claim 15, characterized in that the emission-grade increasing layer ( 4 by evaporating material under high vacuum conditions at an angle of incidence of ≥ 80 ° to the surface normal of the heating conductor resistance layer ( 3 ) is deposited, wherein rotates during the evaporation of the trainee infrared thin-film radiator. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizleiter-Widerstandslage (3) und die emissionsgraderhöhende Schicht (4) aus einer Nickelbasislegierung, aus einer Nickelbasis-Superlegierung, aus einer NixCr1-x-Legierung mit 0 ≤ x ≤ 1, aus Wolfram, aus Molybdän, aus Kohlenstoff, aus Platin, aus Tantal, aus Vanadium, aus einer Titanbasislegierung, aus Rhenium, aus Niob, aus Kobalt oder aus einer Legierung aus wenigstens zwei dieser Materialien hergestellt werden.Method according to claim 15, characterized in that the heating conductor resistance layer ( 3 ) and the emission-grade increasing layer ( 4 nickel-based alloy, nickel-base superalloy, Ni x Cr 1-x alloy of 0≤x≤1, tungsten, molybdenum, carbon, platinum, tantalum, vanadium, titanium-based alloy, of rhenium, niobium, cobalt or an alloy of at least two of these materials. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizleiter-Widerstandslage (3) und die emissionsgraderhöhende Schicht (4) in aufeinanderfolgenden Schritten ein und desselben Schichtabscheidungsprozesses abgeschieden werden.Method according to one of claims 15 to 17, characterized in that the heating conductor resistance layer ( 3 ) and the emission-grade increasing layer ( 4 ) are deposited in successive steps of one and the same layer deposition process. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizleiter-Widerstandslage (3) auf ein Opfermaterial abgeschieden wird, wobei nach Abscheidung der emissionsgraderhöhenden Schicht (4) auf der Heizleiter-Widerstandslage (3) das Opfermaterial zum Freilegen des Strahlerelementes (2, 2', 2'') entfernt wird. Method according to claim 18, characterized in that the heating conductor resistance layer ( 3 ) is deposited on a sacrificial material, whereby after deposition of the emission-grading layer ( 4 ) on the heating conductor resistance layer ( 3 ) the sacrificial material for exposing the radiator element ( 2 . 2 ' . 2 '' ) Will get removed. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizleiter-Widerstandslage (3) als Folie zur Verfügung gestellt wird und auf ein Opfermaterial aufgebracht wird, danach die emissionsgraderhöhende Schicht (4) auf die Heizleiter-Widerstandslage (3) abgeschieden wird und nachfolgend das Opfermaterial zum Freilegen des Strahlerelementes (2, 2', 2'') entfernt wird.Method according to one of claims 15 to 17, characterized in that the heating conductor resistance layer ( 3 ) is provided as a film and applied to a sacrificial material, then the emissive grade layer ( 4 ) on the Heizleiter resistance layer ( 3 ) is deposited and subsequently the sacrificial material to expose the radiator element ( 2 . 2 ' . 2 '' ) Will get removed. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizleiter-Widerstandslage (3) und die emissionsgraderhöhende Schicht (4) mäanderförmig unter Verwendung einer Maskentechnik strukturiert werden.Method according to one of claims 15 to 20, characterized in that the heating conductor resistance layer ( 3 ) and the emission-grade increasing layer ( 4 ) are meandered using a masking technique. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizleiter-Widerstandslage (3) wabenförmig geätzt wird.Method according to one of claims 15 to 20, characterized in that the heating conductor resistance layer ( 3 ) is honeycomb-etched.
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