X-FAB: 180-nm-APD- und SPAD-Bauelemente mit erhöhter Photonen-Detektionsleistung und vergrößerter aktiver Fläche
X-FAB Silicon Foundries, die Spezial-Foundry für Analog/Mixed-Signal- und optoelektronische Lösungen, hat soeben seine neueste Generation von Avalanche-Photodioden (APD) und Single-Photon-Avalanche-Dioden (SPAD) vorgestellt. Die neuen APDs und SPADs von X-FAB basieren auf dem bewährten, für die Automobilindustrie qualifizierten 180-nm-Hochspannungsprozess XH018 und profitieren von innovativen architektonischen Modifikationen, die im Vergleich zu den früheren Bauelementen des Unternehmens (die bereits Mitte 2019 angekündigt wurden) erhebliche Leistungssteigerungen aufweisen.
X-FAB Silicon Foundries, die Spezial-Foundry für Analog/Mixed-Signal- und optoelektronische Lösungen, hat soeben seine neueste Generation von Avalanche-Photodioden (APD) und Single-Photon-Avalanche-Dioden (SPAD) vorgestellt. Die neuen APDs und SPADs von X-FAB basieren auf dem bewährten, für die Automobilindustrie qualifizierten 180-nm-Hochspannungsprozess XH018 und profitieren von innovativen architektonischen Modifikationen, die im Vergleich zu den früheren Bauelementen des Unternehmens (die bereits Mitte 2019 angekündigt wurden) erhebliche Leistungssteigerungen aufweisen.
Folglich können sie in Situationen eingesetzt werden, in denen es Herausforderungen bei der Lichtstärke gibt. Die Footprint-Kompatibilität zur vorherigen Generation wurde jedoch beibehalten. Das bedeutet, dass ein einfacher und bequemer Upgrade-Pfad gewährleistet ist, ohne dass zusätzliche technische Arbeiten erforderlich sind.
Einer der Bereiche, in denen sich die Leistungssteigerung am deutlichsten bemerkbar macht, ist die Photonendetektionswahrscheinlichkeit (PDP). Bei 405 nm liegt die PDP bei 42 %, während weiter oben im Spektrum im nahen Infrarot (NIR) eine Verbesserung von bis zu 150 % erreicht wird, wobei bei 850 nm eine PDP von 5 % nachgewiesen wurde. Es wurde eine Nachimpulswahrscheinlichkeit von 0,9 % erreicht, was einer Reduzierung von 70 % im Vergleich zu den Geräten der ersten Generation entspricht. Die Dunkelzählrate (DCR) beträgt nur 13 counts/s/µm². Der Füllfaktor (der Prozentsatz der Oberfläche dieser Sensoren, der aktiv ist), der jetzt unterstützt werden kann, hat sich fast verdoppelt und erreicht 33%. *
Da die Durchbruchsspannungseigenschaften von Bauelement zu Bauelement variieren können, ist eine genaue Bestimmung notwendig, um eine gute APD/SPAD-Leistung zu gewährleisten. Aus diesem Grund hat X-FAB eine Triggerdiode integriert, die eine präzise On-Chip-Durchbruchspannungsbestimmung in Echtzeit ohne externe Lichtquelle ermöglicht. Außerdem ist eine aktive Quenching-Schaltung enthalten, durch die die Erholungsrate der SPAD-Bauelemente beschleunigt werden kann, so dass sie für eine weitere Lichterfassung bereit sind. Die neuen SPADs bieten aufgrund ihrer Größenflexibilität (sowohl in Bezug auf die Breite als auch auf die Länge) eine bessere Anwendungsanpassung. Das First-Time-Right-Design wird durch vollständige Gerätemodelle für die SPAD- und APD-Bauelemente unterstützt. Das Verhalten der neuen eingebauten Triggerdioden ist im Modell enthalten.
"Dank der Kombination aus erhöhtem PDP und wettbewerbsfähigen DCR-Werten präsentieren wir dem Markt APD/SPAD-Lösungen mit beeindruckenden Signalintegritätseigenschaften, die unseren Kunden für Anwendungen wie Computertomographie und Fluoreszenzdetektion im medizinischen Bereich sowie für Time-of-Flight und LiDAR in Industrie- und Automobilsystemen direkt zugute kommen", erklärt Detlef Sommer, Business Line Manager für Opto Technologies bei X-FAB. "Diese fortschrittlichen optoelektronischen Elemente sind eine wertvolle Ergänzung des X-FAB Design-Kits und erweitern die Auswahl an interoperablen Assets, die auf dem XH018-Prozess basieren und genutzt werden können."
Über X-FAB X-FAB ist die führende Analog/Mixed-Signal- und MEMS-Foundry-Gruppe, die Silizium-Wafer für Automobil-, Industrie-, Consumer-, Medizin- und andere Anwendungen herstellt. Kunden weltweit profitieren von höchsten Qualitätsstandards, Fertigungsexzellenz und innovativen Lösungen, indem sie X-FABs modulare CMOS- und SOI-Prozesse in Geometrien von 1,0 µm bis 130 nm sowie die speziellen SiC- und MEMS-Langzeitprozesse nutzen. Die analog-digitalen integrierten Schaltungen (Mixed-Signal-ICs), Sensoren und mikroelektromechanischen Systeme (MEMS) von X-FAB werden in sechs Produktionsstätten in Deutschland, Frankreich, Malaysia und den USA hergestellt. X-FAB beschäftigt weltweit rund 3.800 Mitarbeiter.
Hinweis* Alle hier angegebenen Messparameter beziehen sich auf ein Gerät mit einer optisch aktiven Fläche von 10 µm Durchmesser, das mit passivem Quenching bei Raumtemperatur und mit 2 V Überschussvorspannung betrieben wird. Abkürzungen
APD: Avalanche Photodiode DCR: Dark Count Rate PDP: Photon Detection Probability SPAD: Single-Photon Avalanche Photodiode Weiterführende Links
