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Si-basierte CMOS detektieren SWIR-Wellenlängen >1µm

Bild 2 | Darstellung der verschiedenen CMOS-Sensoren: grundlegender IR-Detektor (l.); IR-Detektion integriert in einen Imager für sichtbares Licht (m.) und Multispektrale IR-Detektion durch abstimmbare TFPD-Layer (r.). (Bild: Imec)

Bild 2 | Darstellung der verschiedenen CMOS-Sensoren: grundlegender IR-Detektor (l.); IR-Detektion integriert in einen Imager für sichtbares Licht (m.) und Multispektrale IR-Detektion durch abstimmbare TFPD-Layer (r.). (Bild: Imec)

In einer zweiten Implementierung zielt Imec auf monolithisch integrierte TFPD-Stacks im RGB-Pixel-Muster des CMOS-Imagers. In dieser Auslegung lassen sich Infrarot-Subpixel neben den konventionellen roten, grünen und blauen Fotodioden hinzufügen, d.h. dass kein separater Sensor zur IR-Detektion erforderlich wäre. Dies reduziert sowohl den Footprint des Systems, als auch dessen Leistungsverbrauch. Außerdem würde das eine Ebene mit zusätzlicher Information zu den Kameras für den sichtbaren Spektralbereich hinzufügen, wie z.B. an sehr einfache Kameras mit der Fähigkeit zur Tiefenerkennung.

Eine dritte Implementierung expandiert das Designkonzept mit monolithischen Pixeln und kombiniert dazu mehrere TFPD-Stacks mit unterschiedlichen optisch aktiven Materialien. Eine derartige Konfiguration würde multispektrale Sensoren auf Pixelebene im NIR- und SWIR-Bereich ermöglichen, und zwar mit einem sehr kompakten Formfaktor und zu einem Preis im Bereich von Silizium-Bildsensoren. Eine Applikation hierfür sind autonome Fahrzeuge, die Scanning-Fähigkeiten auf große Distanzen benötigen (ermöglicht durch den bei 1.450nm empfindlichen TFPD), und daneben auch eine gute Sichtbarkeit bei schlechtem Wetter oder geringen Umgebungshelligkeiten (ermöglicht durch einen bei 1.550nm empfindlichen TFPD). Eine weitere Anwendung wäre die Material-Sortierung, wobei das Abstimmen der Pixel auf charakteristische Wellenlängen, die Möglichkeit zur Bestimmung von Materialien hinzufügen würde (etwa bei der Unterscheidung der Vegetation von Gebäuden, oder von realen und künstlichen Pflanzen).

Für das erste genannte Konzept (monochromatischer IR-Sensor) hat Imec bereits einen vollständigen End-to-End Prototyp gebaut und in eine Kamera integriert. Die Verarbeitung beginnt mit einem 200mm ROIC-Wafer in der Foundry. Das Post-Processing und die TFPD-Integration (auf der Die- oder Wafer-Ebene) fanden in der Imec Fab statt, ebenso das Chip-Packaging und der Aufbau des Kamera-Moduls.

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