Multispektral- und Polarisationssensoren in CMOS-Technologie

Abstract:
Konventionelle optische Sensoren benötigen zur spektral- und polarisationsselektiven Detektion zusätzliche optische Bauelemente. Hier dagegen wird ein Konzept vorgestellt, bei dem diese filternde Wirkung durch optische Nanostrukturen wie z. B. Subwellenlängengitter erzielt wird, die direkt in den Metallschichten eines CMOS-Halbleiterprozesses erzeugt werden. Auf diese Weise entstehen Hybridelemente aus filternden Nanostrukturen und Photodioden mit neuer optischer Funktionalität („More than Moore“). Basierend auf diesem Konzept wurden Nanostrukturen entworfen, simuliert und als Testchip mit Hilfe eines 0,18 µm CMOS-Prozesses realisiert. Die Messungen der spektralen Empfindlichkeit zeigen spektral selektive Effekte und für Gitterstrukturen eine ausgeprägte Polarisationsabhängigkeit. Dieses Sensorprinzip kann für Einzelsensoren, aber auch für die Pixel von Bildsensoren angewendet werden. Basierend auf einem derartigen Bildsensor wurde eine Polarisationskamera realisiert und damit die Visualisierung der Spannungsdoppelbrechung demonstriert. Weiter Anwendungen dieses Sensoren liegen im Bereich der Drucktechnik, LED-Beleuchtung, Medizintechnik, industriellen Bildverarbeitung, Automobiltechnik und Sicherheitstechnik.