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Photonik-Entwicklungs­plattform

Kompetenz­vorsprung für Terahertz-Systeme

Rauscharme, hochstabile Terahertz-Quellen mittels Laser, hochempfindliche Detektoren durch Photodioden – kompakt integriert auf Silizium-Chips: Photonik-Technologien sind entscheidende Enabler für die Terahertzsensorik. Mit unserer Photonik-Entwicklungsplattform, forschen wir an und entwickeln leistungsfähige, kompakte und praxistaugliche Terahertz-Systeme. 

Optische Mikroskopaufnahme von CMOS-Schaltungen, über denen photonische Ringresonatoren angeordnet sind und die für Terahertzsensorik eingesetzt werden können. Optical microscope image of CMOS circuits with photonic ring resonators arranged above them, which can be used for terahertz sensing.

Photonik und Elektronik auf einem Chip: Über CMOS-Schaltungen sind photonische Ringresonatoren angeordnet. © Fraunhofer IMS

Das bringt Ihnen unsere Photonik-Plattform

  • Nahtlose monolithische Integration von photonischen und elektronischen Komponenten 
  • CMOS- und Post-CMOS-kompatible Prozesse für industrienahe Entwicklungen 
  • Schneller Zugang zu Prototypen dank erprobter Design-Kits (PDKs) 
  • Hohe Flexibilität durch individuell anpassbare Prozesse 
  • Innovationsvorsprung durch modernste Reinraum- und Prozessinfrastruktur 

Unsere Technologien im Überblick

Wir decken die wesentlichen Schritte der photonischen Entwicklung ab: 

  • Eigenes Process Design Kit (PDK) für die bedarfsgerechte, effiziente Entwicklung integrierter photonischer Schaltungen (PICs)  
  • Siliziumnitrid-Technologie (SiN) als Schlüsseltechnologie für photonisch integrierte Schaltkreise, u.a. dank hoher optischer Leistung, geringen Verlusten, CMOS-Kompatibilität 
  • CMOS- und Post-CMOS-kompatible Prozessierung 
  • Kopplung photonischer und elektronischer Komponenten sowie Kombination mit RFID-Technologien oder MEMS zu Hybridsystemen 
Teilweise transparente Waferscheibe für Photonik- und Hochfrequenzanwendungen sowie Terahertzsensorik. Partially transparent wafer for photonics and high-frequency applications as well as terahertz sensing.

© Fraunhofer IMS

Unsere Bausteine für den Systementwurf

  • Koppler   
  • Hochgradig anpassbare Wellenleiter für präzise Signalführung, u.a. auf Siliziumnitrid-Basis (SiN) mit optimierter Transmission für sichtbare Wellenlängen, Dicken von 20–800 nm  
  • Mach-Zehnder-Interferometer (MZI) für Phasenmessungen und Signalverarbeitung 
  • Multimode-Interferometer (MMI) für robuste Signaltrennung und -kombination 
  • Ringresonatoren für Filter- und Sensoranwendungen 
  • Thermooptische Phasenschieber zur aktiven Steuerung der Lichtphase 
Höchste Präzision

Unsere Fertigungsmethoden

  • Deep-UV-Lithographie zur Strukturübertragung feinster Details bis zu 250 nm 
  • CMOS-kompatible photonische Schichtstapel für verlustarme Wellenleiter, präzise Phasensteuerung und skalierbare, integrierte photonische Bauelemente 
  • Post-CMOS-Verfahren für präzise, schonende Temperature Budget-Verarbeitung  
  • automatisierte Systeme zur [200mm-Wafer-Bearbeitung] für eine skalierbare und industrienahe Fertigung. 
  • Versatile Materialintegration für unterschiedlichste photonische Anwendungen, Wellenleiter-Planarisierung v.a. für die Integration von 2D-Materialien für mehr Leistungsfähigkeit und Funktionalität der Bauelemente 
Halterungen mit sehr feinen Nadeln zur Charakterisierung von Schaltkreisen der Terahertzsensorik befinden sich über einem Wafer unter dem Mikroskop. Probes with very fine needles for characterizing integrated circuits in terahertz sensing, positioned over a wafer under a microscope.

 © Fraunhofer IMS

Laborant:in im Reinraumanzug untersucht Halbleiterwafer unter einem Mikroskop. Laboratory technician in a cleanroom suit examines a semiconductor wafer under a microscope.

© Fraunhofer IMS

Typische Anwendungen

Unsere Photonik-Plattform ermöglicht Lösungen in zahlreichen Einsatzfeldern: 

  • Hochfrequenz-Sensorik mit integrierten photonisch-elektronischen Bauelementen 
  • Kommunikationstechnik für schnelle und energieeffiziente Datenübertragung 
  • Präzisionsmesstechnik durch photonisch unterstützte Signalerfassung 
  • Materialanalyse & Bildgebung im THz-Bereich 
  • Integration in Chip- und Systemplattformen für smarte Sensornetzwerke 

Leistungsfähige CMOS-Bildsensoren

Unsere Sensor-Technologien vereinen die hohe Signalqualität bewährter CCD-Sensoren (charged-coupled devices) mit der Flexibilität und Leistungsfähigkeit moderner CMOS-Schaltungstechnik. Diese fortschrittliche Integration reduziert parasitäre Effekte und ermöglicht eine verbesserte Signalverarbeitung. Hochreines, defektarmes Silizium sorgt für minimale Dunkelströme, optimierte Gate-Strukturen und tiefe Kanal-Implantationen fördern einen verlustarmen Ladungstransport und hohe Transfereffizienz. 

CSPAD Bild Sensor des Fraunhofer IMS. CSPAD image sensor by Fraunhofer IMS.

CSPAD Bildsensor. © Fraunhofer IMS

LiDAR (Light Detection And Ranging) ist mit der präzisen dreidimensionalen Erfassung von Umgebungen und Objekten eine Schlüsseltechnologie für Fahrerassistenzsysteme, autonome Fahrzeuge oder die industrielle Robotik. Für hochsensitive 3D-Bildgebung integrieren wir CSPAD-Technologie (CMOS Single-Photon Avalanche Dioden) in LiDAR-Systeme. Das unterdrückt Hintergrundlicht effektiv für zuverlässige Abstandsmessungen und hohe Auflösung. Kombiniert mit photonisch integrierten Schaltungen wie adaptive Photonkoinzidenzschaltungen steigern wir Reichweite und Funktionalität. 

3D-Bildsensor für Flash LIDAR Kamera-Systeme. 3D image sensor for flash LiDAR camera systems.

3D-Bildsensor für Flash LIDAR Kamera-Systeme. © Fraunhofer IMS

Unser Projektablauf

Von der Idee zum photonischen Bauelement

  • Konzept & Design – Definition der Anforderungen, Simulation und Entwurf photonischer Strukturen 
  • Prozessierung & Prototyping – Herstellung im Reinraum, erste Prototypen und Testchips 
  • Integration & Kopplung – Kombination mit elektronischen KomponentenCharakterisierung & Optimierung – umfassende Messungen elektrischer und optischer Eigenschaften 
  • Pilotserien & Übergabe – Bereitstellung für Forschungspartner oder Industrieprojekte 

Starten Sie Ihr Projekt mit uns

Unsere Plattform schafft wertvolle Synergien für die Entwicklung leistungsfähiger, miniaturisierter Sensorkomponenten, die flexibel im optischen wie auch im Terahertz-Bereich eingesetzt werden können und dabei CMOS-Standards einhalten. Durch diese Innovationen tragen wir zur Verbesserung von Technologien in Bereichen wie Sicherheit und Umweltüberwachung bei, was sowohl der Gesellschaft zugutekommt als auch die Anforderungen der Industrie erfüllt.

Wir freuen uns auf Ihre Anfrage