Seit den Anfängen der siliziumbasierten Mikroelektronik hat sich die Kombination von Schaltkreisen und integrierten Sensoren, insbesondere Photodetektoren (z.B. Bildsensoren), immer weiter entwickelt. Es gibt jedoch einen bestimmten Bereich, der aufgrund der Silizium-Bandlücke nicht von dieser Technologie abgedeckt werden kann – effiziente Photoemission. Dies war bisher der III-V-Halbleiterindustrie vorbehalten und verhindert die monolithische Integration von lichtemittierenden optoelektronischen Bauelementen in Siliziumprozesse, wie sie in der Mikrosystemfertigung üblich sind. Lichtemittierende Komponenten für optoelektronische Sensoren müssen auf hybride Weise hinzugefügt werden, was die Kosten erhöht und die Zuverlässigkeit verringert. Das Fraunhofer IPMS stellt nun eine Lösung vor.
Organische lichtemittierende Dioden (OLED) sind die perfekte Lösung. Die hocheffizienten OLED-Schichten können monolithisch auf Silizium-CMOS-Backplanes integriert werden (als „OLED-on-Silicon“ bezeichnet).
Auf diese Weise hergestellte optoelektronische Geräte können als hochintegrierte mikroskopische optische Beleuchtungskomponenten und Detektionseinheiten auf einem intelligenten Einzelchip (mit zusätzlichen On-Chip-Signalverarbeitungsfunktionen) konzipiert werden. Diese können durch einzelne Elemente (z.B. OLED-Photodioden-Kombination), in Segmenten oder als Arrays realisiert werden.
Perspektive
Auf der Grundlage der OLED-on-Silicon-Technologie erwarten wir eine neue Generation von optoelektronischen Komponenten mit den folgenden Vorteilen:
- Monolithische OLED-Integration
- Echtes Festkörpergerät (keine beweglichen Teile, keine Flüssigkeiten, …)
- Reduzierte Anzahl von Systemkomponenten
- Geringere Größe, Gewicht und Kosten des Systems
- Hochpräzise optische Justierung des OLED-Emitters in Bezug auf die integrierten Fotodioden
- Frei wählbare, geformte und gestaltete OLED-auf-Silizium-Lichtquellen ermöglichen neue Ansätze für dimensionale Sensoren
- Integration von strahlgesteuerten Mikrooptiken auf Wafer-Ebene
Weitere Nutzungsmöglichkeiten der optischen OLED-on-Silicon-Sensortechnologie, die über den Rahmen dieses Projekts hinausgehen, sind zu erwarten, z.B. Ein-Chip-Reflexionslichtschranken, optische Sensoren, die eine eingebettete Beleuchtung erfordern (Neigungssensoren, Streulichtsensoren, Wellenfrontsensoren, Ein-Chip-Optikköpfe für die 3D-Formerkennung durch gemusterte Beleuchtung, …), Lab-on-chip-Module mit eingebetteter Mikrofluidik, Anregung und Sensoren, optische Fingerabdrucksensoren, Chip-to-Chip-Kommunikation und OLED-basierte Druckköpfe. Dies zeigt das breite Marktpotenzial dieser neuen Technologie und Geräte in verschiedenen Bereichen neben der Biomedizin und Biotechnologie (einschließlich Pharmazie), wie z.B. im Maschinenbau, in der Telekommunikation oder der Automobilindustrie.
Entwicklungsangebot
- OLED-auf-Silizium-Bauelement-Integration
- F&E im Bereich der integrierten Optoelektronik auf OLED-Basis
- Elektronikdesign (Backplane (integrierte Schaltungen / ASIC, Steuerung, Schnittstelle, …)
- Systemdesign (Sensorelektronik, Verpackung, Modul)
- Produktentwicklung und -qualifizierung
- Pilotproduktion (kleine bis mittlere Produktionsmengen)
