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Fraunhofer IMS

In Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer Institut Duisburg (IMS) bietet die Eureca die Entwicklung von kundenspezifischen CMOS-Sensoren an.

Das IMS verfügt über langjährige Erfahrung in den Bereichen Bauelemente und Technologie, Sensorik und Mikrosystemtechnik, Schaltungsentwurf, System- und Anwendungstechnik, sowie CAD und Tests. Hiermit deckt das IMS als einziges Mikroelektronikinstitut in Deutschland alle benötigten Bereiche der Entwicklung von kundenspezifischen Bildsensoren auf CMOS-Basis ab.

In Duisburg arbeiten ca. 250 Wissenschaftler, Ingenieure und Techniker mit Anlagen und Geräten nach neuestem Stand der Technik. Das umfangreiche Know-how wird durch eigene Forschung mit der Grundfinanzierung, die 20 % des Institutsbudgets ausmacht, ständig erweitert. Die öffentliche Verbundprojektförderung mit Partnern aus Wissenschaft und Wirtschaft trägt zu 25% des IMS-Budgets bei. Kundenspezifische Entwicklungen erfolgen in direkten Forschungs- und Entwicklungsaufträgen gegen Vergütung.

Das IMS entwickelt gemeinsam mit Ihnen und der Eureca maßgeschneiderte Lösungen für Ihre Anwendungen! Das IMS ist in der Lage, Produkte nach Ihren Spezifikationen zu entwickeln und in einer eigenen Halbleiterfertigungslinie in CMOS-Technologie zu fertigen. Als zuverlässiger Partner betreut es Ihre Produktidee von der Spezifikation bis zur Serienreife. Aufgrund des Anlagenparks in den vorhandenen Reinräumen ist es hervorragend geeignet Ihre Second-Source oder Foundry zu sein.

Mögliche Formen der Zusammenarbeit sind:


CMOS Bildsensoren/CMOS Photodetektoren

Als ein neuer Technologieansatz spielt die CMOS-Bildsensorik eine immer wichtigere Rolle sowohl für die Bildaufnahme und Bildverarbeitung als auch in der optischen Meßtechnik. Die Anwendungen decken verschiedene Felder ab, wie z. B. Multimedia, Automotive, Industrie- und Gebäudeautomatisierung, Robotik, Umweltschutz, Medizin, Sichtprüfung für Qualitätskontrolle und Sicherheitsanwendungen.

Beispielaunahmen vom HFR-256-Bildsensor
Sequenz, aufgenommen mit dem HFR-256-Bildsensor

Die Forschung und Entwicklung in CMOS-Bildsensorik am Fraunhofer-IMS konzentriert sich auf die folgenden Bereiche:

Innovative Entwicklung von CMOS Bild- und optischen Sensoren

  • höchste Leistung zu niedrigen Kosten
  • Fertigbarkeit in Standard-CMOS-Technologie
  • System- und Anwendungsunterstützung

Forschung in fortgeschrittener CMOS Bildsensorik

  • Entwicklung neuartiger Photodetektoren und Ausleseverfahren
  • Entwicklung neuer Bildsensoren und Bildverarbeitungskonzepte
  • Schaffung von Grundlagen künftiger Bild- und optische Mess-Systeme

Wesentliche Vorteile von CMOS-Bildsensoren gegenüber CCD-Bildsensoren sind:

Der letzte Punkt bedeutet, daß Ein-Chip-CMOS-Kameras mit Taktgenerierung, Kamerasteuerung und Arbeitspunkteinstellung, elektronischem Verschluß, Schnittstellen und anderen Signalverarbeitungsfunktionen machbar sind.

Die Arbeiten umfassen Sensor-, Schaltungs- und Systemdesign einschließlich Algorithmen und Softwareentwicklung für Bildverarbeitung und optische Meßtechnik. Eine Reihe von ein- und zweidimensionalen CMOS Bildsensoren sind für verschiedene Anwendungen entwickelt worden. Basierend auf diesen Sensoren sind Systeme entwickelt worden, die für verschiedene Labor-Demonstrationen und Anwendungsexperimente eingesetzt werden.

Einige Beispiele hierfür sind:

CIF-Bildsensor Beispiel-Aufnahme mit dem CIF-Bildsensor HFR256-Bildsensor
Chipfoto des
CIF-Bildsensors
Aufnahme mit dem
CIF-Bildsensor
Chipfoto des
HFR256-Bildsensors

CMOS-Linearsensor für spektroskopische Anwendungen

Viele industrielle Anwendungen erfordern lineare Bildsensoren mit hoher Empfindlichkeit und geringem Rauschen. Als Beispiel liefert die Glimmentladungsspektroskopie (Spektroskopie, die durch Funken bzw. Laser induziert wird) Informationen über die qualitative und quantitative Beschaffenheit eines zu analysierenden Materials. Wegen ihrer extrem hohen Empfindlichkeit im ultra-violetten (UV) Bereich und der Möglichkeit zeitlich aufgelöste Messungen durchzuführen, werden seit 1960 Photoelektronenverfielfacher als Standard-Detektoren im Bereich der Funkenspektroskopie genutzt.

Da Photoelelektronenvervielfacher nur ein Signal an einer individuellen Position des räumlich verteilten Spektrums detektieren können, benötigt man für ein Universal-Spektrometer viele Photoelektronenverfielfacher. Demzufolge konnten diese Geräte die Bedürfnisse des Markts nicht hinreichend befriedigen. Dagegen können die weitverbreiteten CCD-Linearsensoren das emittierte sichtbare Spektrum von 400nm 1000nm zeitgleich detektieren, brauchen aber normalerweise mehrfache Integrationen um die betrachtete Emissionslinie darzustellen. Sensoren auf CMOS-Basis stellen eine gute Alternative zu Photoelektronenverfielfachern und CCDs dar, da sie sowohl zeitaufgelöste Messungen sowie räumliche Auflösung bieten. Ein CMOS-Linearsensor, der auf einem LDPD (Lateral Drift-Field Photodetektor) basiert, nutzt kurze Belichtungszeiten (gating), störungsfreie Auslesung und Ladungsakkumulation über mehrere Zyklen. Dies verstärkt das Signal-Rausch-Verhältnis, und reduziert folglich den Messzyklus bei einer erhöhten OES-Messauflösung.

Der entwickelte CMOS-Linearsensor ist im UV-Bereich des Spektrums empfindlich und weist eine hohe spektrale Empfindlichkeit sowie eine hohe Dynamik auf, die auch durch Akkumulation der Signalladung über mehrere Meßzyklen erreicht werden kann. Minimaler Dunkelstrom ermöglicht eine lange Integrationszeit (~ 10 Sek.)

Der LDPD-basierte-CMOS Linearsensor bietet schnelle Ladungsübertragung mit verringertem Übersprechen, was durch eine verbesserte Technologie infolge einer umfassenden LDPD-Simulation und Optimierung erfolgte.

Zerstörungsfreies Auslesen, zusammen mit der Möglichkeit von zeitaufgelösten Messungen, macht den entwickelten CMOS-Linearsensor zu dem idealen Detektor für Funken-Emissions-Spektroskopie und bietet hiermit einen Ersatz für Hybriddetektoren im Allgemeinen.

  • Sensibler Bereich 3680 ?m × 200 ?m
  • Pixelabstand 10 ?m
  • Conversion gain 17 ?V/ e
  • Empfindlichkeit @ 525 nm 530 V/ (? J / cm2)
  • Quanteneffizienz @ 525 nm 60 %
  • Linearität 0.5%
  • Saturationskapazität 59 ke
  • Sense node Kapazität 7.50 f F
  • Signal-Rausch-Verhältnis 46 dB
  • Dynamikbereich 52 dB
  • DSNU1288 7.5 mV
  • PRNU1288 1.6 %
  • Elektrischer Nebensignaleffekt < 4 %
  • Dunkelsignal (T ? 22 C) 75 mV/ s
  • Prozess 0.35 ?m 2P4M CMOS + LDPD
  • UV-Transparent Passivation
Empfindlichkeit des  LDPD-Sensors


Seite aktualisiert am: 20.08.2013