nanoSPECTRAL: Multispektral- und Polarisationssensorik

Optische Nanostrukturen in CMOS-Technologie

Schematische Zeichnung des Substrats, Photodioden und plasmonische Filter-Struktur der nanoSPECTRAL-Technologie.
© Fraunhofer IIS / Wladimir Tschekalinskij
Schematische Zeichnung des Substrats, Photodioden und plasmonische Filter-Struktur

Mit unserer nanoSPECTRAL-Technologie werden kostengünstig komplexe Farb-, Spektral- und Polarisationssensoren hergestellt, die die spektralen Eigenschaften und den Polarisationszustand des einfallenden Lichts erfassen. Dies eröffnet neue Möglichkeiten für die spektrale Analyse von Lichtquellen sowie von Objekten in Transmission und Reflexion. Die Grundlage hierfür bilden Photodioden und optische Nanostrukturen, die in Metalllagen von CMOS-Prozessen integriert sind. D. h. es werden die in einem modernen Halbleiterprozess verwendeten Metallebenen im Nanometerbereich strukturiert und damit Filter, Photodioden sowie analoge und digitale Signalverarbeitung integriert. So entstehen hochintegrierte, monolithische Sensoren mit vielen Spektralkanälen zu niedrigen Kosten. Im Gegensatz zu konventionellen optischen Filtern wie Dünnschichtfiltern erfordern unsere optischen Nanostrukturen keine zusätzlichen Schritte wie das Aufbringen optischer Filterschichten. Da die nanoSPECTRAL-Technologie in  einem kommerziellen CMOS-Prozess verfügbar ist, sind darauf basierende Produkte in industrieller Qualität und kurzfristig erhältlich.

Im Überblick: Technische Eigenschaften und Vorteile

EIGENSCHAFTEN VORTEILE
  • Realisierung vieler multispektraler Kanäle auf einem Chip mit direkter Fertigung im CMOS-Halbleiterprozess
  • Optische Nanostrukturen in dünnen Metallschichten
  • Design spezifischer spektraler Verhaltensweisen
  • Anwendbar auch auf bereits vorhandene Einzel- oder Bildsensoren
  • Integrierte Signalverarbeitung und Standard-Interface wie z. B. SPI
  • Single-Source-Fertigung
  • Konstant niedrige Prozesskosten bei nahezu beliebiger Anzahl spektraler Kanäle
  • Hohe Temperaturbeständigkeit
  • Anwendungsspezifische Filtereigenschaften
  • Einfache Umsetzung in Standardprodukte
  • Unabhängiges Dienstleistungsdesign und Lieferketten
  • Schnelle Serienüberführung

Unser Angebot: Kostengünstige Realisierung vieler spektraler Kanäle

Wir verfügen über ein tiefgreifendes Verständnis der Oberflächen-Plasmoneneffekte auf den für CMOS-relevanten Materialien und nutzen unser Fachwissen in der Optik zur Filterentwicklung. Diese Expertise im Bereich optischer Nanostrukturen in der CMOS-Technologie ermöglicht es uns, Ihnen Lösungen entlang des gesamten Entwicklungsprozesses anzubieten und die Anforderungen Ihrer spezifischen Anwendungen zu erfüllen:

  • Simulation optischer Nanostrukturen mit spektraler Filterwirkung und mit Wirkung als Polarisationsfilter
  • Design von Photodiodenarrays und Bildsensoren
  • Fertigungsdurchlauf der integrierten Sensoren
  • Elektrische und optische Charakterisierung
  • Systementwurf für zahlreiche Anwendungen

Anwendungen: Neue Horizonte in der Spektralanalyse

In Abhängigkeit vom Anwendungsbereich besteht die Möglichkeit, die Anzahl der spektralen Kanäle, Photodioden und Pixel anzupassen, die Wellenlänge der Kanäle zu variieren und die Geometrie nach den spezifischen Anforderungen des Kunden zu gestalten. Diese Flexibilität, zusammen mit der kosteneffizienten Herstellungsmethode unserer Spektralsensorlösung nanoSPECTRAL, eröffnet ein breites Spektrum neuer, preissensitiver Anwendungsmöglichkeiten:

  • Smart Farming in der Landwirtschaft
  • Analyse von Gasen durch Messung von Farbumschlägen
  • Analyse von Flüssigkeiten durch spektrale Absorptionsmessung
  • Lebensmittelanalyse durch Messung von Reflexionsspektren
  • Medizinische Anwendungen am Point-of-Care
  • Farbregelung für LED-Beleuchtungssysteme
  • Analyse von Nässe, Inhalts- und Reizstoffen in Hygieneprodukten
  • Anwendungen in der Kosmetik

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