Technology — M.E.L.B.A. Industries

The key featureDas SchlüsselmerkmalLa caractéristique clé

It's all in the geometryAlles liegt in der GeometrieTout est dans la géométrie

A MELBA bolometer's performance is defined by the shape of its absorber, heat-flow layer and integrated heat sink — produced in one piece, from one material. This geometry is what makes miniaturization with predetermined thermal properties possible.Die Leistung eines MELBA-Bolometers wird durch die Form von Absorber, Wärmeleitschicht und integrierter Wärmesenke bestimmt — aus einem Stück, aus einem Material gefertigt. Erst diese Geometrie ermöglicht die Miniaturisierung mit exakt vorausberechenbaren thermischen Eigenschaften.La performance d'un bolomètre MELBA est définie par la forme de son absorbeur, de sa couche de transport et de son puits thermique intégré — d'une seule pièce, d'un seul matériau. C'est cette géométrie qui rend possible la miniaturisation avec des propriétés thermiques prédictibles.

Cross-section: the absorber sits over a thin heat-flow layer that thickens into an integrated heat sink — heat drain is set by the layer, not the absorber area. Querschnitt: der Absorber liegt über einer dünnen Wärmeleitschicht, die sich zur integrierten Wärmesenke verdickt — der Wärmeabfluss wird von der Schicht bestimmt, nicht von der Absorberfläche. Coupe : l'absorbeur repose sur une fine couche de transport qui s'épaissit en un puits thermique intégré — le drainage thermique est fixé par la couche, pas par la surface de l'absorbeur.

Uniform temperatureGleichmäßige TemperaturTempérature uniforme — across the whole absorber, unlike a clamped heat sink.über den gesamten Absorber, anders als bei einer aufgepressten Wärmesenke.sur tout l'absorbeur, contrairement à un puits thermique pressé.
Exactly defined geometryExakt definierte GeometrieGéométrie exactement définie — so thermal properties can be pre-calculated and tuned.sodass thermische Eigenschaften vorausberechnet und abgestimmt werden können.pour que les propriétés thermiques soient pré-calculées et ajustées.
Heat drain independent of areaWärmeabfluss unabhängig von der FlächeDrainage indépendant de la surface — set by the heat-flow layer alone.allein durch die Wärmeleitschicht bestimmt.déterminé par la seule couche de transport.
Made in one pieceIn einem Stück gefertigtFabriqué d'une pièce — one material, enabling true miniaturization.aus einem Material — ermöglicht echte Miniaturisierung.un seul matériau — permet une vraie miniaturisation.

Meander-shaped resistor pattern on the foil

Meander resistorsMäander-WiderständeRésistances en méandre

High-resistance platinum meanders formed on a thin foil.Hochohmige Platin-Mäander auf dünner Folie.Méandres de platine à haute résistance sur feuille mince.

A single 2-pi bolometer element absorbing radiation

Bolometer elementBolometer-ElementÉlément bolométrique

Absorber + heat-flow layer forming one detector cell.Absorber + Wärmeleitschicht als eine Detektorzelle.Absorbeur + couche de transport en une cellule.

Resistor sideWiderstandsseiteCôté résistances

Many intertwined bridges, each with its reference.Viele verschränkte Brücken, je mit Referenz.Ponts entrelacés, chacun avec sa référence.

Bare carrier foil with contact-pin holes

Carrier foilTrägerfolieFeuille support

Kapton®, mica or ceramic, 8–15 µm thin.Kapton®, Glimmer oder Keramik, 8–15 µm dünn.Kapton®, mica ou céramique, 8–15 µm.

Bolometer-on-Chip mounted to its connector frame

Bolometer-on-ChipBolometer-on-ChipBolometer-on-Chip

Foil bonded to contact pins — plug-mountable.Folie an Kontaktstiften — steckermontierbar.Feuille sur broches — enfichable.

Perspective view of a multi-channel bolometer array

Channel arrayKanal-ArrayRéseau de canaux

Up to 30 channels per foil — the camera core.Bis zu 30 Kanäle pro Folie — der Kamera-Kern.Jusqu'à 30 canaux par feuille — le cœur caméra.

PrincipleFunktionsprinzipPrincipe

From a single resistor to a bolometer cameraVom Widerstand zur BolometerkameraD'une résistance à une caméra bolométrique

①

The Wheatstone bridgeDie Wheatstone-BrückeLe pont de Wheatstone

A heated resistor changes its resistance. Four resistors in a Wheatstone bridge turn that change into a precisely measurable voltage.Ein erwärmter Widerstand ändert seinen Wert. Vier Widerstände in einer Wheatstone-Brücke wandeln diese Änderung in eine präzise messbare Spannung.Une résistance chauffée varie. Quatre résistances en pont de Wheatstone convertissent cette variation en une tension mesurable avec précision.

②

Absorber on foilAbsorber auf FolieAbsorbeur sur feuille

Delicate meander resistors are formed on a thin foil. An absorber on the opposite side captures radiation; the heat crosses the foil and changes the resistance.Feine Mäander-Widerstände werden auf einer dünnen Folie gebildet. Ein Absorber auf der Rückseite nimmt Strahlung auf; die Wärme durchquert die Folie und ändert den Widerstand.De fines résistances en méandre sont formées sur une feuille mince. Un absorbeur au dos capte le rayonnement ; la chaleur traverse la feuille et modifie la résistance.

③

The heat-flow layerDie WärmeleitschichtLa couche de transport

A very thin heat-flow layer surrounds the absorber and thickens into an integrated heat sink — produced in one piece, from one material. Temperature is uniform and the geometry is exactly defined, so the detector can be miniaturized.Eine sehr dünne Wärmeleitschicht umgibt den Absorber und verdickt sich zur integrierten Wärmesenke — aus einem Stück, aus einem Material. Die Temperatur ist gleichmäßig und die Geometrie exakt definiert, sodass der Detektor miniaturisiert werden kann.Une couche de transport très fine entoure l'absorbeur et s'épaissit en un puits thermique intégré — d'une seule pièce, d'un seul matériau. La température est uniforme et la géométrie exactement définie : le détecteur peut être miniaturisé.

④

Many bridges, one foilViele Brücken, eine FoliePlusieurs ponts, une feuille

Two intertwined resistor pairs double sensitivity, and many identical bridges sit on a single foil — each with its own reference bolometer.Zwei verschränkte Widerstandspaare verdoppeln die Empfindlichkeit; viele gleiche Brücken liegen auf einer Folie — jede mit eigenem Referenzbolometer.Deux paires de résistances entrelacées doublent la sensibilité ; de nombreux ponts identiques tiennent sur une seule feuille — chacun avec son bolomètre de référence.

⑤

Foil → cameraFolie → KameraFeuille → caméra

Connected to contact pins (120 pins for 30 bolometers), the foil becomes a camera. A multi-layer collimator sets the optical path and masks every second bolometer as a reference.An Kontaktstifte angeschlossen (120 Pins für 30 Bolometer) wird die Folie zur Kamera. Ein mehrlagiger Kollimator legt den Strahlengang fest und maskiert jedes zweite Bolometer als Referenz.Reliée à des broches de contact (120 broches pour 30 bolomètres), la feuille devient une caméra. Un collimateur multicouche définit le trajet optique et masque un bolomètre sur deux comme référence.

⑥

Feedback measurementFeedback-MessungMesure par contre-réaction

The latest feedback bolometer measures absorbed radiation instantaneously — offset-free, at a low noise level, up to 130 dB SNR.Das jüngste Feedback-Bolometer misst die absorbierte Strahlung unmittelbar — offsetfrei, bei niedrigem Rauschpegel, bis 130 dB.Le tout dernier bolomètre à contre-réaction mesure le rayonnement absorbé instantanément — sans offset, à faible niveau de bruit, jusqu'à 130 dB.

Watch it built, layer by layerSchicht für Schicht im FilmCouche après couche, en vidéo

Multi Element Bolometer Array

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CapabilitiesEigenschaftenCaractéristiques

What MELBA technology deliversWas die MELBA-Technologie leistetCe qu'apporte la technologie MELBA

Highly symmetric Wheatstone bridgeHochsymmetrische Wheatstone-BrückePont de Wheatstone très symétrique — ΔR ≤ 1%
Minimal offset and minimal noiseMinimaler Offset und minimales RauschenOffset et bruit minimaux
Negligible crosstalk between channelsVernachlässigbares Übersprechen zwischen KanälenDiaphonie négligeable entre canaux
Robust to nuclear radiation, high fields & UHVUnempfindlich gegen Strahlung, hohe Felder & UHVRésistant aux radiations, champs intenses & UHV
Simple plug-mountable installationEinfache Montage — steckermontierbarMontage facile — enfichable
Ruggedized, with a compact footprintWiderstandsfähig, mit kompakten AbmessungenRobuste, à encombrement réduit
In-situ calibration even at ΔT ≥ 100 °CIn-situ-Kalibrierung selbst bei ΔT ≥ 100 °CCalibration in situ même à ΔT ≥ 100 °C
Up to 30 channels per foil, near-identical channel to channelBis zu 30 Kanäle pro Folie, nahezu identischJusqu'à 30 canaux par feuille, quasi identiques

Detector specificationDetektor-SpezifikationSpécification du détecteur

AbsorberAbsorberAbsorbeur	Gold, 1–15 µm
Heat-flow layerWärmeleitschichtCouche de transport	Gold, 0.02–0.08 µm
ResistorsWiderständeRésistances	Platinum
Carrier foilTrägerfolieFeuille support	Kapton®, mica, ceramic · 8–15 µm
Bridge voltageBrückenspannungTension du pont	20 V AC
Resistance RWiderstand RRésistance R	> 1 kΩ
Time constant τZeitkonstante τConstante τ	100 ms (20–500 ms)
Operating temp.EinsatztemperaturTempérature	up to 400 °C
Signal-to-noiseStörabstandRapport S/B	up to 130 dB

Bridge symmetry ΔR ≤ 1% · invented & supported by Dr. K. F. Mast and Dipl.-Ing. P. Betzler. Brückensymmetrie ΔR ≤ 1% · entwickelt & getragen von Dr. K. F. Mast und Dipl.-Ing. P. Betzler. Symétrie du pont ΔR ≤ 1% · conçu & soutenu par Dr. K. F. Mast et Dipl.-Ing. P. Betzler.

MaterialsWerkstoffeMatériaux

Choosing the right materialsDie richtige MaterialwahlLe choix des bons matériaux

Each part of a bolometer is a trade-off. The defining feature of the MELBA design is that the absorber, its heat-flow layer and the integrated heat sink are one monolithic piece, made of a single material — they are not separate layers. This table therefore lists the candidate materials for that one absorbing structure, plus the carrier foil and the resistor — from the proven MELBA standard (highlighted) to options for demanding and forward-looking environments. Choosing them correctly is bolometer science: MELBA commands the geometry, the thermal time-constant math and the material know-how that turn them into a working detector.Jeder Teil eines Bolometers ist ein Kompromiss. Das prägende Merkmal des MELBA-Designs: Absorber, Wärmeleitschicht und integrierte Wärmesenke sind ein einziges Stück aus einem Material — keine getrennten Schichten. Diese Tabelle nennt daher die in Frage kommenden Werkstoffe für diese eine absorbierende Struktur sowie für Trägerfolie und Widerstand — vom bewährten MELBA-Standard (hervorgehoben) bis zu Optionen für anspruchsvolle und zukunftsweisende Umgebungen. Die richtige Wahl ist Bolometer-Wissenschaft: MELBA beherrscht die Geometrie, die Mathematik der Zeitkonstante und das Werkstoff-Know-how, das daraus einen funktionierenden Detektor macht.Chaque partie d'un bolomètre est un compromis. La caractéristique déterminante du design MELBA : l'absorbeur, sa couche de transport et le puits thermique intégré forment une seule pièce, d'un seul matériau — pas des couches distinctes. Ce tableau recense donc les matériaux envisageables pour cette structure absorbante unique, ainsi que pour la feuille support et la résistance — du standard MELBA éprouvé (mis en avant) aux environnements exigeants et tournés vers l'avenir. Les choisir correctement relève de la science du bolomètre : MELBA maîtrise la géométrie, le calcul de la constante de temps et le savoir-faire matériaux qui en font un détecteur fonctionnel.

MaterialWerkstoffMatériau	AdvantagesVorteileAvantages	DrawbacksNachteileInconvénients
Absorber, heat-flow layer & integrated heat sink — one monolithic piece, one materialAbsorber, Wärmeleitschicht & integrierte Wärmesenke — ein Stück, ein MaterialAbsorbeur, couche de transport & puits thermique intégré — une seule pièce, un seul matériau
Gold (Au)MELBA standard	Broadband “black” absorber (IR→soft-X), the tunable heat-flow layer and its integrated heat sink — all formed in one piece, from one material. Sets the time constant τ; chemically inert; 40+ years proven.Breitbandiger „schwarzer“ Absorber (IR→weiches Röntgen), einstellbare Wärmeleitschicht und integrierte Wärmesenke — alles aus einem Stück, aus einem Material. Bestimmt die Zeitkonstante τ; chemisch inert; 40+ Jahre bewährt.Absorbeur « noir » large bande (IR→X mou), couche de transport réglable et puits thermique intégré — le tout d'une seule pièce, d'un seul matériau. Fixe la constante τ ; chimiquement inerte ; éprouvé depuis 40 ans.	High atomic number — transmutes to volatile mercury under high neutron flux; relatively heavy.Hohe Ordnungszahl — wandelt sich unter hohem Neutronenfluss in flüchtiges Quecksilber um; relativ schwer.Numéro atomique élevé — se transmute en mercure volatil sous fort flux neutronique ; relativement lourd.
Tungsten (W)	Very high melting point, radiation-hard, minimal transmutation, mechanically robust.Sehr hoher Schmelzpunkt, strahlungshart, minimale Transmutation, mechanisch robust.Point de fusion très élevé, résistant aux radiations, transmutation minimale, mécaniquement robuste.	High thermal inertia → slower response; harder to microfabricate.Hohe thermische Trägheit → langsamere Reaktion; schwieriger mikrozufertigen.Forte inertie thermique → réponse plus lente ; microfabrication plus difficile.
Platinum (Pt)	Chemically stable and inert, good high-temperature absorber.Chemisch stabil und inert, guter Hochtemperatur-Absorber.Chimiquement stable et inerte, bon absorbeur à haute température.	Costly; activation under neutron flux (high atomic number).Teuer; Aktivierung unter Neutronenfluss (hohe Ordnungszahl).Coûteux ; activation sous flux neutronique (numéro atomique élevé).
Copper (Cu)	Very high thermal conductivity, low cost.Sehr hohe Wärmeleitfähigkeit, geringe Kosten.Très haute conductivité thermique, faible coût.	Weaker broadband absorber; oxidises; less UHV-friendly; activates under radiation.Schwächerer Breitband-Absorber; oxidiert; weniger UHV-tauglich; aktiviert unter Strahlung.Absorbeur large bande plus faible ; s'oxyde ; moins compatible UHV ; s'active sous rayonnement.
Carrier foil — substrate, electrical insulation and mechanical supportTrägerfolie — Substrat, elektrische Isolation und mechanischer HaltFeuille support — substrat, isolation électrique et tenue mécanique
Kapton®MELBA standard	Flexible, very thin (8–15 µm), good insulator, easy to handle.Flexibel, sehr dünn (8–15 µm), guter Isolator, einfach zu handhaben.Souple, très fine (8–15 µm), bon isolant, facile à manipuler.	Decomposes / sublimes above ~400 °C; degrades at high radiation dose.Zersetzt sich / sublimiert oberhalb ~400 °C; degradiert bei hoher Strahlendosis.Se décompose / sublime au-delà de ~400 °C ; se dégrade à forte dose de rayonnement.
MicaGlimmerMica	High-temperature stable, radiation-hard insulator.Hochtemperaturstabil, strahlungsharter Isolator.Stable à haute température, isolant résistant aux radiations.	Brittle; harder to structure precisely.Spröde; schwieriger präzise zu strukturieren.Cassant ; plus difficile à structurer précisément.
Ceramic (Al₂O₃ / AlN)Keramik (Al₂O₃ / AlN)Céramique (Al₂O₃ / AlN)	Very high temperature, dimensionally stable, radiation-hard.Sehr hohe Temperatur, formstabil, strahlungshart.Très haute température, stable dimensionnellement, résistant aux radiations.	Rigid and brittle; harder to make ultra-thin.Starr und spröde; schwieriger ultradünn herzustellen.Rigide et cassant ; difficile à rendre ultrafin.
Silicon nitride / diamond membraneSiliziumnitrid- / DiamantmembranMembrane nitrure de silicium / diamant	Wafer-scale, ultra-thin, radiation-hard — enables monolithic arrays.Wafer-Maßstab, ultradünn, strahlungshart — ermöglicht monolithische Arrays.À l'échelle de la plaquette, ultrafin, résistant aux radiations — permet des réseaux monolithiques.	Complex, costly fabrication; fragile free-standing membranes.Komplexe, teure Fertigung; fragile freistehende Membranen.Fabrication complexe et coûteuse ; membranes autoportantes fragiles.
Resistor — the temperature-sensing meander in the Wheatstone bridgeWiderstand — der temperaturempfindliche Mäander in der Wheatstone-BrückeRésistance — le méandre sensible à la température du pont de Wheatstone
Platinum (Pt)MELBA standard	Stable, linear, well-known TCR, high-temperature capable.Stabil, linear, bekannter Temperaturkoeffizient, hochtemperaturfähig.Stable, linéaire, TCR bien connu, apte aux hautes températures.	Moderate sensitivity; higher cost.Mäßige Empfindlichkeit; höhere Kosten.Sensibilité modérée ; coût plus élevé.
Gold (Au)	Excellent conductor, inert, integrates with the absorber.Hervorragender Leiter, inert, integriert mit dem Absorber.Excellent conducteur, inerte, s'intègre avec l'absorbeur.	Lower TCR (less sensitive); transmutation under neutrons.Niedrigerer Temperaturkoeffizient (weniger empfindlich); Transmutation unter Neutronen.TCR plus faible (moins sensible) ; transmutation sous neutrons.
Nickel alloyNickel-LegierungAlliage de nickel	High TCR → higher sensitivity.Hoher Temperaturkoeffizient → höhere Empfindlichkeit.TCR élevé → sensibilité accrue.	Less linear / stable; magnetic — problematic in strong magnetic fields.Weniger linear / stabil; magnetisch — problematisch in starken Magnetfeldern.Moins linéaire / stable ; magnétique — problématique en champ magnétique fort.

The heat-flow-layer bolometer, reinvented Das Wärmeleitschicht-Bolometer, neu gedacht Le bolomètre à couche de transport de chaleur, réinventé