Nächste Woche startet mit der SENSOR+TEST in Nürnberg eine der wichtigsten Messen, um aktuelle Entwicklungsergebnisse zu präsentieren sowie Kontakte zu Kunden und Partnern zu pflegen und neu aufzubauen. Das CiS Forschungsinstitut ist mit eigenen Messestand in Halle 1, Stand 501 sowie drei wissenschaftlichen Beiträgen auf der begleitenden Konferenz SMSI 2023 – Sensor and Measurement Science International vertreten. Außerdem nutzen wir das neue Recruiting-Angebot der Job-Lounge, um während zweier Slots gezielt interessierte Bewerberinnen und Bewerber kennenzulernen.
Vom 9. bis 11. Mai 2023 zeigen wir in Halle 1 am Stand 501 unserer neusten Forschungsergebnisse auf dem Gebiet der siliziumbasierten Sensorik. Messe-Highlight sind Aufbauten aus dem Projekt „GalGIS – Galvanisch getrennter Inkrementalsensor“.
Galvanische Trennung in Fotodiodenarrays
Zahlreiche Anwendungen in sicherheitsrelevanten Bereichen wie Luft- und Raumfahrt, Schienenverkehr und Medizintechnik fordern die elektrische Trennung von Sensorsignalen von anderen Systemelementen. Die sogenannte galvanische Trennung erfordert dabei zum Teil Spannungsfestigkeiten über 1500 V (DC / AC) ohne Stromfluss zwischen den Kanälen. Gleichzeitig basieren einige Sensorkonzepte jedoch auf der Erfassung und dem Vergleich mehrerer Sensorkanäle, die hochgenau zueinander positioniert werden müssen. Beispielsweise arbeiten optische Positions-, Drehwinkel und Geschwindigkeitssensoren – sogenannte Encoder – oft mit mehreren Fotodetektoren, die in definiertem lateralen Versatz angeordnet sind. Erst damit kann kalibrationsfrei die absolute Position und die Richtung von Positionsänderungen eindeutig bestimmt werden. In miniaturisierten Sensoren liegt die zulässige Positionstoleranz der einzelnen Kanäle zueinander dabei oft im Bereich weniger Mikrometer, was mit hybriden Montagelösungen nicht oder nur mit erheblichem Aufwand erreicht werden kann. Klassische Fotodiodenzeilen oder Arrays, welche die Messkanäle monolithisch auf einem Siliziumchip vereinen und durch die hochgenauen Strukturierungsmöglichkeiten der Halbleitertechnologien im Sub-Mikrometerbereich exakt zueinander ausrichten, erfüllen jedoch nicht die Anforderungen an die galvanische Trennung.
Eine für solche Anwendungen neu entwickelte Fotodiodentechnologie kann dafür nun Abhilfe schaffen. Die im Rahmen des BMWK-geförderten Projektes „GalGIS“ entwickelte Technologie basiert auf dem Einsatz von silicon-on-insulator (SOI) Ausgangswafern, bei denen die aktive Siliziumschicht durch eine isolierende Siliziumoxidschicht vom tragenden Wafer getrennt wird. Durch eine geeignete Kombination von Tiefenstrukturierung, optimierte Designs und Back-End-Prozessen kann die geforderte elektrische Isolierung einzelner Fotodioden auch auf engstem Raum und mit Abständen deutlich unter 1 mm realisiert werden. Drüber hinaus ist es sogar möglich, die für die Anwendung oft benötigte LED-Lichtquelle als hybrides Bauteil direkt in den Chip zu integrieren. Anhand erster Demonstratoren konnte die Eignung der entwickelten Technologie für Anwendungen in Encodern bei gleichzeitiger galvanischer Trennung der Einzelkanäle bereits nachgewiesen werden. Damit stehen nun die technologischen Grundlagen für applikations- und kundenspezifische Sensorentwicklungen zur Verfügung.
Die beschriebenen Forschungs- und Entwicklungsarbeiten wurden im Forschungsprojekt „Galvanisch getrennter Inkrementalsensor“ (GalGIS) durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) gefördert.
FKZ: 49VF123456
Weitere Ergebnisse werden aus unter anderem folgenden Projekten gezeigt:
Hochpräzise, piezoresistive Drehratensensoren für die autonome Offline Navigation
Eine weitere Neuheit ist ein hochpräziser, piezoresistiver Drehratensensor für die autonome Offline Navigation, um die exakte Position von bewegten Objekten im 3-dimensionalen Raum zu ermitteln. Dieser piezoresistive MEMS-Sensor ist vielfältig einsetzbar – im Automobilbau, Offline-Navigation, Airbag-Sensoren, Stabilisierung von Videokameras, 3-D-Mouse und Lagesensoren für Navigationsgeräte sind nur wenige, der ins Blickfeld der Entwicklungen gerückten Anwendungen. Im Bereich Navigations- und Führungssysteme (Navigation and Guidance Systems) sind höchste Anforderungen zu erfüllen, die im Projekt Gyros umgesetzt wurden. Erste Entwicklungsergebnisse werden vorstellt.
Die beschriebenen Forschungs- und Entwicklungsarbeiten wurden im Forschungsprojekt „Hochpräziser piezoresistiver Drehratensensor für die autonome Offline Navigation“ (Gyros) durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) gefördert.
FKZ: 49MF190084
UV-Detektoren mit integrierter Verstärkung
Die Erfassung von blauem und ultraviolettem (UV) Licht ist in zahlreichen Anwendungen von Interesse. Insbesondere sehr lichtschwache Effekte, wie z.B. die Fluoreszenzanalyse von medizinischen oder biologischen Proben, sind herausfordern, da die spektrale Empfindlichkeit etablierter Silizium pn oder pin-Fotodioden in diesem Bereich relativ gering ist. Eine für sehr kleine Lichtsignale etablierte Technologie sind sogenannte Lawinen-Fotodioden (avalance photo diode, APD), bei denen durch mehrere, zum Teil sehr hoch dotierte Zonen im Silizium mit hohen Betriebsspannungen bis etwa 200 V eine interne Vervielfachung – also eine Verstärkung – der durch Licht erzeugten freien Ladungen erreicht wird. Diese Technik war jedoch bisher für blaues und UV-Licht nicht optimal geeignet, da solches Licht mit sehr geringen Eindringtiefen in das Silizium verbunden ist in denen die Verstärkungseffekte der APD kaum oder gar nicht wirksam sind.
An dieser Stelle setzt die neu entwickelte Technologie für blau- und violett-empfindliche APD (BVAPD) an. Für diesen Spektralbereich, bei dem Licht nur wenige Mikrometer oder sogar nur einige 100 nm tief in das Silizium eindringt, wurden besonders flache Dotierungsprozesse entwickelt. Die verstärkenden Zonen innerhalb der APD verschieben sich damit in Regionen dichter an der Oberfläche des Siliziumdetektors, wodurch diese deutlich an Empfindlichkeit gewinnen. Dieser Effekt wird anhand der Ergebnisse erster Demonstratoren verdeutlicht: im blauen Spektralbereich konnte eine Verstärkung der Ausgangssignale um über Faktor 100 erreicht werden. Auch die Spektrale Verstärkung zeigt, dass diese Technologie die gewünschte hohe Empfindlichkeit für Wellenlängen ab 400 nm und darunter erreicht.
Die im Rahmen eines geförderten Projektes (BVAPD, 49MF200098, InnoKom) entwickelten Technologien und Demonstratoren stehen nun für die Entwicklung und Fertigung applikations- und kundenspezifischer Detektoren zur Verfügung.
Job-Lounges
Innerhalb von zwei Zeitfenstern bietet der AMA Verband für Sensorik erstmals eine Job-Lounge für interessierte Studierende der einschlägigen Studiengänge, Teilnehmende der parallel stattfindenden SMSI-Conference sowie Vertretern und Vertreterinnen der Industrie, die Möglichkeit sich um Jobs oder Praktikumsplätze im Bereich Sensorik, Mess- und Prüftechnik zu bewerben. Vertreter des CiS Forschungsinstituts stehen für interessierte Bewerbende an einem kleinen Stand mit Informationen zum Job- und Praktika-Möglichkeiten im wissenschaftlichen Umfeld zur Verfügung.
Weitere Infos: www.sensor-test.de/de/besucher/aktionsprogramm/karriere-als-ingenieur/job-lounge/
SMSI 2023 – Sensor and Measurement Science International
Auf der begleitenden Konferenz SMSI 2023 – Sensor and Measurement Science International ist das CiS Forschungsinstitut mit drei wissenschaftlichen Beiträgen vertreten. So wird Dr. Thomas Frank, Fachbereichsleiter MEMS, zwei Posterbeträge zu den Themen „Setting up a pressure sensor with flush membrane and without oil filling“ sowie “A MEMS micromachined low cost microheater platform for applications in thermal sensors” begleiten.
Ein weiteres Poster über „Optimization of Micro-Hotplates for better Performance as infrared Emitters“ wird von Dr. Andreas Winzer, Fachbereichsleiter MOEMS, vorgestellt.
Weitere Infos: www.ama-science.org/ama-conferences/smsi2023/smsi-2023-poster-sessions/
