Bildsensoren

Das Fraunhofer IMS besitzt mehr als 30 Jahre Erfahrung in der Technologieentwicklung für Bildsensoren und hat als Entwicklungsbasis eine 200 mm CMOS-Linie für Technologien bis zu einer minimalen Strukturgröße von 0,35 µm. Das Fraunhofer IMS entwickelt Halbleiterbauelemente und Prozesse vom einzelnen Teilschritt bis zu vollständigen kundenspezifischen Bildsensoren. Durch die besondere Kombination aus einem hauseigenen CMOS-Reinraum und einem Mikrosystemtechnik Lab&Fab bietet das Fraunhofer IMS verschiedenste Fertigungsprozesse zur Realisierung neuer Technologien. Durch unsere umfangreiche mikroelektronische Expertise aus dem Halbleiter-, Bildsensoren und MEMS-Bereich können innovative und kompakte Mikrosysteme auf Wunsch bis zur Pilotserienfertigung geführt werden.

Das Fraunhofer IMS optimiert Bildsensoren im Sinne des »More-than-Moore« Prinzips durch die Implementierung weiterer Funktionen, wie z. B. spannungsfester Bauelemente zum Betrieb von integrierten Single Photon Avalanche Dioden (SPAD) oder entwickelt Technologien, die den Einsatz der Schaltung unter rauen Bedingungen ermöglichen. Die Herstellung im hauseigenen Reinraum ermöglicht es, die in den Bildsensoren eingesetzten optoelektronischen Bauelemente in enger Abstimmung mit den Chipdesignern an die Anforderungen der Kunden anzupassen, um für diese das bestmögliche Ergebnis zu verwirklichen.

Darüber hinaus entwickelt und fertigt das Fraunhofer IMS sowohl analoge als auch digitale Silizium Photomultiplier (SiPM) als CMOS Bildsensoren für die Detektion von einzelnen oder wenigen Photonen in diversen Anwendungen z. B. dem nuklearmedizinische Verfahren der Positronen-Emissions-Tomographie (PET). SiPM basieren auf der SPAD-Technologie und nutzen die extreme Empfindlichkeit und Schnelligkeit der Dioden aus.

Ein weiteres Beispiel für kundenspezifische Bildsensoren sind rückseitig beleuchtete Bildsensoren (englisch: backside illuminated sensor, kurz: BSI-Sensor) mit neuester Bondtechnologie für hochempfindliche Photodetektoren. BSI-Sensoren zeichnen sich vor allem durch ihre erhöhte Bildqualität aus und sind daher in der Unterhaltungselektronik und im Smartphone nicht mehr wegzudenken. Mit BSI Technologie können große 2D SPAD-Matrizen erzeugt werden, welche enorme Vorteile beim Einsatz der Detektoren als LiDAR Sensoren im Straßenverkehr haben.

Außerdem bietet das Fraunhofer IMS CMOS-CCD Strukturen und Sensoren mit extrem hohem Dynamikbereich an, indem CCDs in den CMOS–Prozess integriert werden und die komplette Signalverarbeitung sowie die Sensoransteuerung intern stattfinden. Die Integration der CCD in den CMOS-Prozess erlaubt die direkte parallele Signalverarbeitung und A/D-Wandlung auf dem Chip und minimiert somit parasitäre Störeffekte. Das Hauptanwendungsgebiet für die CMOS-CCDs ist im Bereich der Time-Delay-Integration (TDI)  bei Weltraumdetektoren zu sehen.

Im Bereich der weiteren Photodetektoren werden Spezielle photosensitive Bauelemente wie Pinned Photodiode (PPD) und andere entwickelte kundenspezifische CMOS Bildsensoren vorgestellt. Dazu gehören hochauflösende Sensoren für indirekte Time-of-Flight Anwendungen und Zeilensensoren mit hoher Empfindlichkeit und Gating- bzw. Kurzpulsfähigkeit für Anwendungen in der Spektroskopie.

Details zu Bildsensoren bei Fraunhofer IMS finden Sie in den nachfolgenden Links.