Das Fraunhofer IMS entwickelt seit über 30 Jahren hochempfindliche Zeilen- und Bildsensoren sowie die dazugehörigen Ausleseschaltungen.
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Das Fraunhofer IMS verfügt über 30 Jahre an Erfahrung im Design, der Entwicklung und der Herstellung von hochempfindlichen, kundenspezifischen Zeilen- und Bildsensoren sowie den dazugehörigen Ausleseschaltungen. Nachfolgend stellen wir Ihnen einige Entwicklungsbeispiele aus dieser Palette vor.
Seit vielen Jahren entwickeln wir schnelle Time-of-Flight (ToF) Sensoren basierend auf den sogenannten Lateral-Drift-Field Photodetektoren (LDPD) oder Single Photon Avalanche Dioden (SPAD). Über das Time-of-Flight (ToF) Verfahren lassen sich die Lichtlaufzeit eines emittierten Lichtstrahls und des reflektierten Strahls bestimmen und daraus die Distanz zum Objekt ermitteln sowie 3D-Bilder erzeugen. Dieses funktioniert auch bei schlechten Lichtverhältnissen wie fast kompletter Dunkelheit. Einsatz finden diese Sensoren im autonomen Fahren, der Robotik, der Medizin und Gebäude-Technik. Das Hauptmerkmal des sogenannten Lateral Drift-Field Photodetektors (LDPD) ist ein lateralelektrisches Driftfeld innerhalb des photoaktiven Bereichs des Bauelements.
Dies führt zu einer signifikanten Beschleunigung der Ladungssammlung im Vergleich zu konventionellen diffusionsbasierten Detektoren und macht dieses Bauelement zu einem idealen Kandidaten für Hochgeschwindigkeitsanwendungen wie 3D Time-of-Flight Imaging. Dabei kann das reflektierte Licht über zwei individuell einstellbare Integrationsfenster gemessen und die Distanz zum Objekt über das integrierte Signal berechnet werden. Die Akkumulation der Ladungsträger im Pixel verringert Rauscheinflüsse und ermöglicht mehrere Lichtpulse in einem Bild zu detektieren. Sowohl die Integrationszeiten als auch die Akkumulationszahl sind einstellbar, sodass eine optimale Anpassung an notwendige Messweite und die verwendete Lichtquelle stattfinden kann. Zusätzlich kann das Hintergrundsignal unterdrückt werden, entweder durch eine zusätzliche Messung oder ein weiteres Integrationsfenster. Von besonderem Vorteil ist bei diesem ToF-Sensor die Möglichkeit, lateral hochauflösende Detektoren zu entwickeln.
Die silizium-basierte photosensitive Pinned Photodiode (PPD), die die Detektion von sichtbarer und nah-infraroter Lichtstrahlung ermöglicht und diese in einen elektrischen Strom umwandeln kann, ist ein Beispiel hierfür. Sie ist eine Photodetektorstruktur, die aufgrund ihres geringen Rauschens, der hohen Quanteneffizienz und des niedrigen Dunkelstroms in fast allen CCD- und CMOS-Bildsensoren (CIS) verwendet wird.
Eine weitere Spezialität des Fraunhofer IMS sind ultraschnellen Zeilensensoren. Diese ermöglichen die schnelle optische Inspektion von Oberflächen und sie sind daher hervorragend für die Qualitätsprüfung in der industriellen Fertigung und zur Feststellung der Beschaffenheit von Objekten wie z.B. Bahnschienen geeignet. Der 60-Zeilen Hochgeschwindigkeits-Sensor ist doppelt so schnell wie heute verfügbare Lösungen und liefert gleichzeitig qualitativ hochwertige Bilder in sehr hoher Auflösung. Jede Zeile des Sensors besteht aus 2016 Pixeln wobei der Pixelabstand 9µm beträgt. Der horizontale Füllfaktor beträgt nahezu 100%. Pro Sekunde nimmt der Hochgeschwindigkeits-Sensor bei Belichtungszeiten von wenigen Millionstel Sekunden bis zu 200.000 Farbbilder und bis zu 600000 Schwarz/Weiß-Bilder auf.
Neben dem Design bieten wir unseren Kunden spezielle Dienstleistungen im Bereich Wafer-Postprocessing, Prozessoptimierung und elektrooptischer Charakterisierung. Ferner stehen spezielle Prozessoptionen wie
für Produktentwicklungen zur Verfügung.
Fraunhofer-Institut für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme IMS