DEPFET

Zur Herstellung großflächiger Röntgensensoren entwickelt das Fraunhofer IMS einen kundenspezifischen CMOS-Prozess.

Großflächige DEPFET-Pixeldetektoren

Kundenspezifischer CMOS-Prozess zur Realisierung rückseitenbeleuchteter DEPFET-Detektoren mit bis zu 18 cm² aktiver Fläche

DEPFET-Pixel aus Feldeffekt-Transistor mit internem Gate auf verarmtem Silizium-Substrat
© Fraunhofer IMS
DEPFET-Pixel aus Feldeffekt-Transistor mit internem Gate auf verarmtem Silizium-Substrat
Vorder- und Rückseite bei doppelseitiger Wafer-Prozessierung
© Fraunhofer IMS
Vorder- und Rückseite bei doppelseitiger Wafer-Prozessierung
Auf einem 8‘‘ Wafer werden 6 großflächige DEPFET-Detektoren mit 18 cm² aktiver Fläche durch Stitching realisiert.
© Fraunhofer IMS
Auf einem 8‘‘ Wafer werden 6 großflächige DEPFET-Detektoren mit 18 cm² aktiver Fläche durch Stitching realisiert.

DEPFET-Detektoren (»depleted p-channel field-effect transistor«) sind sehr schnelle, bildgebende Pixeldetektoren mit einer hervorragenden Energieauflösung und großer Strahlenhärte. Sensoren und Detektoren mit integrierter Elektronik für ionisierende Strahlung finden in der Grundlagenforschung und in der angewandten Forschung ebenso Anwendung wie in der industriellen Analytik und Qualitätskontrolle.

Ein DEPFET-Pixel besteht aus einem Feldeffekttransistor auf einem vollständig verarmten Substrat. Beim DEPFET-Detektor ist die erste Verstärkungsstufe in jedem Pixel integriert, wodurch eine sehr kleine Eingangskapazität und somit ein sehr gutes Rauschverhalten des Detektors ermöglicht werden. Bisher werden diese speziellen rauscharmen Detektoren ausschließlich im Forschungslabor angefertigt. Das Fraunhofer IMS entwickelt gemeinsam mit PNSensor einen Herstellungsprozess für DEPFET-Detektoren unter industriellen Qualitätsstandards.

Für den Einsatz an einem Freien-Elektronen-Laser werden aktuell großflächige Sensoren mit einer Fläche von 18 cm² entwickelt. Im Gegensatz zu anderen Realisierungen von BSI-Sensoren wird die Rückseiten-Beleuchtung der DEPFET-Detektoren durch eine beidseitige Waferbearbeitung ermöglicht. Aufgrund der großen Chipfläche der Detektoren wird ein sogenanntes Stitching-Verfahren eingesetzt, d. h. mehrere Layout-Stücke werden nahtlos zu einem Detektor-Chip zusammengesetzt.

Die Herstellung der DEPFET-Detektoren innerhalb einer CMOS-Linie gewährleistet eine hohe Prozessstabilität bei kurzen Durchlaufzeiten und zugleich reduzierten Kosten. Zudem bietet der CMOS-Prozess den Detektor-Entwicklern eine Reihe neuer Designoptionen für den DEPFET. Dadurch können die Detektor- und Verstärkungseigenschaften deutlich verbessert und neue Anwendungen in Experimenten der Grundlagen- und angewandten Forschung erschlossen werden.

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