3D-Integration in der Mikroelektronik
© Fraunhofer IMS
Technologisch realisierte 3D-Integration in der Mikroelektronik

Single Photon Avalanche Dioden

Das Fraunhofer IMS bietet kundenspezifische Lösungen für empfindliche Single Photon Avalanche Dioden (SPADs) mit bedarfsgerechten Eigenschaften wie z. B. Durchbruchspannung.

Sensitive Single Photon Avalanche Dioden (SPADs)

Als kompetenter und zuverlässiger Anbieter mikroelektronischer Bauelemente und Technologien bietet das Fraunhofer IMS kundenspezifische Lösungen insbesondere für Fotodetektoren und Bildsensoren. Das Fraunhofer IMS deckt spezifische Sensoranforderungen wie spektrale Empfindlichkeit oder Quanteneffizienz in seinem Produktportfolio ab. So sind z. B. empfindliche Single Photon Avalanche Dioden (SPADs) mit kundenspezifischen Eigenschaften (z. B. Durchbruchspannung) oder »Opto«-Module (z. B. UV-transparente Passivierung) möglich. Mit Hilfe der Anlagen im Mikrosystem-Reinraum sind spezielle Prozesse möglich, wie z. B. eine planarisierte Passivierung, die die Integration zusätzlicher Features und optische Filter ermöglicht.

Schematischer Aufbau einer SPAD des Fraunhofer IMS
© Fraunhofer IMS
Schematischer Aufbau einer SPAD

Im Vergleich zu herkömmlichen Photodioden arbeiten SPADs oberhalb des Durchbruchs im sogenannten Geiger-Modus. Dadurch können die Dioden auch bei geringer Intensität des detektierten Lichts ein deutlich größeres Ausgangssignal erzeugen. Da der für die Signalverstärkung verantwortliche Avalanche-Effekt sehr schnell ist, liegt die zeitliche Auflösung von SPADs im Pikosekundenbereich. Daher werden SPADs in Photonen-Time-of-Arrival-Messungen und Direct-Time-of-Flight-Systemen häufig eingesetzt.

SPADs für LiDAR (Light Detection and Ranging)

Aufgrund ihrer einzigartigen Eigenschaften können SPAD-basierte LiDAR-Sensoren für eine Vielzahl von Anwendungen in verschiedenen Bereichen eingesetzt werden. Zu den Anwendungen im Automobilbereich gehören Advanced Driver Assistance Systems (ADAS) und vollautonome Fahrzeuge. Weitere Anwendungen von LiDAR-Systemen sind Verkehrsüberwachung, Personenzählung und Gestenerkennung. Die Logistik kann vom Einsatz von LiDAR-Techniken zur schnellen Form- und Volumenmessung von Schüttgütern profitieren, während Produktionsanlagen diese Technologie zur Überwachung von Fertigungsprozessen nutzen können. Da LiDAR-Systeme mit IR-Beleuchtung auch im Dunkeln arbeiten, eignen sie sich auch besonders für die Objektüberwachung. Erfordert die vorgesehene Anwendung keine räumliche Auflösung, wie z. B. Abstands- und Geschwindigkeitsmessung mit einem einzelnen Laserspot, kann eine große Detektorfläche mit parallel geschalteten SPAD-Elementen die Reichweite erhöhen und die benötigte Laserleistung verringern.

Andere SPAD-Anwendungen

Aufgrund der hohen Empfindlichkeit, der guten zeitlichen Auflösung, des hohen Dynamikbereichs und des vergleichsweise geringen Spannungsbedarfs können viele Anwendungen vom Einsatz der SPAD-basierten Sensoren profitieren.

Solche Anwendungen sind unter anderem:

  • Schwachlicht-Sehen
  • zeitkorrelierte Spektroskopie
  • Fluoreszenz-Lebensdauer
  • Mikroskopie
  • Positronen-Emissions-Tomographie.

SPAD Performance

Einzelphotonen-Detektion Anwendungen und Ergebnis.

SPAD-Based Sensors for Spectroscopy Applications

CMOS-Linear Sensor auf Basis der SPAD-Technologie.

 

SPADeye2-CMOS Lidar Sensor

 

Hochempfindliche CMOS-Einzelphotonen-Avalanche-Dioden (SPAD), entwickelt am Fraunhofer IMS für die LiDAR-Technologie.

Unsere Technologien – Innovationen für Ihre Produkte

Silizium Photomultiplier (SiPM)

Das Fraunhofer IMS entwickelt und fertigt sowohl analoge als auch digitale Silizium Photomultiplier (SiPM) für die Detektion von Photonen in diversen Anwendungen.

CMOS Charge Coupled Devices (CCDs)

Das Fraunhofer IMS entwickelt kundenspezifische CMOS-CCD Strukturen und Sensoren mit extrem hohem Dynamikbereich für TDI-Applikationen.

Backside Illuminated Sensors (BSI)

Das Fraunhofer IMS entwickelt und nutzt Verfahren und neuste Bondtechnologien auf Chip- und Waferlevel zur Herstellung von rückseitenbeleuchteten optischen Sensoren.

Hochempfindliche Bildsensoren

Fraunhofer IMS realisiert weitere spezielle photosensitive Bauelemente wie Pinned Photodiode oder hochauflösende Sensoren für indirekte Time-of-Flight.

Unsere Technologiebereiche – Unsere Technologien für Ihre Entwicklung

MEMS Technologien

Niedertemperatur-Prozesse zur post-CMOS Integration von MEMS Sensoren oder Aktuatoren.

Biofunktionale Sensoren

Werkzeuge für die medizinische Diagnostik.

Spezialtechnologien

Das Fraunhofer IMS bietet auch Spezialtechnologien z. B. Hochtemperatur- Technologie an.

 

Technology (Home)

Hier gelangen Sie zurück zu der Übersichtsseite der Kernkompetenz
Technology.