Inspiriert von den Infrarot-Sinnesorganen von Schlangen hat ein Forschungsteam des Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) in Südkorea mit Hilfe von KI-Optimierungstechniken einen neuartigen mehrschichtigen Vanadiumoxid-Film entwickelt, der die Empfindlichkeit von Infrarotsensoren um mehr als das 20-fache steigern kann. Diese Forschungsergebnisse wurden am 28. Januar in der Fachzeitschrift „Advanced Science“ veröffentlicht.
Das von Professor Chang-Hee Son und Professor Hyung-Ryul Park vom Fachbereich Physik geleitete Team konzentrierte sich auf die Entwicklung einer mehrschichtigen Filmstruktur für Mikrobolometer. Ein Mikrobolometer ist eine Art Infrarotsensor, der Wärmestrahlung in elektrische Signale umwandelt. Das Team verwendete Vanadiumdioxid (VO₂) als Basismaterial, das eine hohe Empfindlichkeit gegenüber Temperaturänderungen aufweist. Sie entwarfen eine vierschichtige Struktur aus wolframdotiertem Vanadiumdioxid, wobei die Dicke und Wolframkonzentration jeder Schicht präzise gesteuert wurden.
Da es über 1,3 Millionen mögliche Anordnungen für die mehrschichtige Struktur gibt, nutzten die Forscher einen genetischen Algorithmus – eine KI-Technik – um die optimale Struktur zu identifizieren. Experimentelle Ergebnisse zeigten, dass der neue mehrschichtige Materialverbund im Temperaturbereich von 20 °C bis 45 °C einen Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstands (TCR) von 7,3 % erreichte, was mehr als dreimal höher ist als bei herkömmlichen Materialien. Der kombinierte Empfindlichkeitsindex verbesserte sich um das 23,6-fache, was auf eine signifikant verbesserte Signalstabilität hindeutet.
Ein weiterer Fortschritt dieser Forschung ist, dass diese mehrschichtigen Filme bei niedrigen Temperaturen von 300 °C hergestellt werden können, was mit bestehenden Halbleiterfertigungsprozessen kompatibel ist. Im Vergleich zu herkömmlichen auf VO₂ basierenden Sensoren, die eine Verarbeitung bei über 500 °C erfordern, verringert dies das Risiko einer Beschädigung vorab gefertigter Schaltkreise. Die von Dr. Jin-Hyun Choi und Dr. Hyeong-Tak Lee geleitete Forschung zeigt, dass KI die Entwicklungszeit für fortschrittliche Funktionsmaterialien von Jahrhunderten auf Monate verkürzen kann.
Professor Chang-Hee Son betonte die Anwendungsaussichten dieses Durchbruchs: „Dazu gehören Nachtsicht in autonomen Fahrzeugen, Überwachung durch Drohnen und großflächige thermografische Überwachung zur Früherkennung von Viren.“ Die verbesserte Empfindlichkeit und Zuverlässigkeit dieser Sensoren könnte die Anwendung der Wärmebildtechnik in verschiedenen Bereichen vorantreiben.
Veröffentlichungsdetails: Autoren: Jin‐Hyun Choi et al., Titel: „KI-optimierte Vanadiumoxid-Mehrschichten können die Bolometerleistung um mehr als das 20-fache steigern“, veröffentlicht in: Advanced Science (2026). Zeitschrifteninfo: Advanced Science
