Multispektrale Technologien Technologien für das gesamte Spektrum November 2015

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Rudolph Fuhrmann
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1 Multispektrale Technologien Technologien für das gesamte Spektrum November 2015

Frequenzen im Bereich des elektromagnetischen Spektrums

2 Was ist multispektrale Bilderfassung? Ein multispektrales Bild erfasst Bilddaten bei konkreten Frequenzen im Bereich des elektromagnetischen Spektrums (Wikipedia) Drei fundamentale Eigenschaften des Lichts Intensität, Wellenlänge und Polarisation

3 Warum multispektrale? unterschiedliche Wellenlängen des Spektrums erlauben die Unterscheidung optischer Informationen z.b. Farbe für die Identifikation, Kontrastverbesserung die multispektrale Bilderfassung kann bestimmte Frequenzbereiche eingrenzen oder breitbandigere Bereiche einbeziehen, einschließlich UV und Nahinfrarot Eingrenzung von bestimmten Wellenlängen z.b. Einsatz ultravioletter Beleuchtung für die Fluoreszenz von genetischen Markern, aber Ausfilterung des UV-Anteils im Bild

4 Multispektral: Es geht um Wellenlängen Zugang zu anderen Bereichen des elektomagn. Spektrums Sichtbar NIR SWIR MWIR LWIR Röntgen (Szintillator) tiefes UV (spezielle Waferprozess technik) sichtbar & Nahinfrarot (multispektrale Filter) Kurzwellig Mittelwellig Infrarot (InGaAs) langwellig Infrarot (MEMS-Strukturen)

5 Röntgenstrahlen sichtbar NIR SWIR MWIR LWIR Röntgen (Szintillator) 5pm 10nm

6 CMOS Flachbild-Röntgendetektoren CMOS Wafer CMOS Sensor Multi-Tile Sensormodul Flachbild- Röntgendetektor Szintillator (z.b. CSI) (wandelt Röntgenstrahlen in sichtbares Licht um) Verarbeitungselektronik und Schnittstellen

7 Röntgen in der Gesundheitsversorgung Medizinische Diagnostik Dentale Diagnostik niedrige Bestrahlungsdosis ist das Ziel!

) Portable Inspektion: kompakte, tragbare Röntgen-Panele für Bombendetektion, Rohrleitungen Industrielle CT:

8 Industrielle Inspektion / NDT Elektronikprüfung: Systeme für Leiterplatten (Ausrichtung) oder kompl. Baugruppe (Lötverbindungen, BGA, Drahtbond, etc.) Portable Inspektion: kompakte, tragbare Röntgen-Panele für Bombendetektion, Rohrleitungen Industrielle CT: 3D-Analyse von Teilen, Mikromontage bishin zu Maschinenblöcken hochenergetisch: erfordert bis zu 450kVp an Röntgenenergie um dicke Stahlobjekte durch- dringen zu können (nur kVp in der Medizin)

9 UV Bildverarbeitung sichtbar NIR SWIR MWIR LWIR tiefes UV (spezielle Waferprozesstechnik) Halbleiterinspektion erfordert kürzere Wellenlängen, z.b., 193nm, ArF Excimer 10nm 193nm 380nm

10 Tiefes UV für Waferinspektion Erkennung von ~100nm Defekten kurzwellig (DUV) hohe Auflösung hohe Datenrate Applikation sehr gut geeignet für TDI-Technologie

11 gemessene Quanteneffizienz % Hintergrundbeleuchtung Antireflexionsschicht kann für gewünschte Wellenlänge optimiert werden Wellenlänge (nm) Oberflächenbehandlung ist kritisch für UV-Stabilität Silber Chemosorptions-Prozess Implantierte Bor-Passivierung

zum Öffnen der Kontakte (MEMS) On-chip Lichtschutz auf

12 Ausdünnung der Rückseite (BST) Wafer Level -Ausdünnung (aktuell) Wafer-wafer bonding Technologie Tiefenätzverfahren zum Öffnen der Kontakte (MEMS) On-chip Lichtschutz auf Rückseite CCD oder CMOS wafer Kontakt Schnittbahn Wafer bonding Substrat wafer

13 Multispektrale Filter Zugang zu diskretem Bereich: innerhalb sichbar/nahinfrarot sichtbar NIR SWIR MWIR LWIR sichtbar / Nahinfrarot (multispektrale Filter)

14 Banknoten-Inspektion RGB NIR

15 Forensisches Beispiel Adapted from Ben Lincoln, Uses of Multispectral Technology,

Multispektrale Bildgeber kundenspezifische Lösungen / Standardlösungen: RGB / NIR strahlungsfest (Raumfahrt-Anwendung) variable Pixelgrössen; Antiblooming MS Filter-Technologie dichcroitisch und

16 Multispektrale Bildgeber kundenspezifische Lösungen / Standardlösungen: RGB / NIR strahlungsfest (Raumfahrt-Anwendung) variable Pixelgrössen; Antiblooming MS Filter-Technologie dichcroitisch und dunkle Schicht auf Saphir-Substrat Wafer-level Rückseitenausdünnung mit on-chip Lichtschutz Spectral zone B1 (20x20 m 2 ) I s o l a t i o n r o w s Spectral zone B2 (20x20 m 2 ) I s o l a t i o n r o w s Spectral zone B3 (20x20 m 2 ) I s o l a t i o n r o w s Spectral zone B4 (20x20 m 2 ) I s o l a t i o n r o w s Spectral zone P (10x10 m 2 ) I s o l a t i o n r o w s

17 Transmittance (%) Multispektrale Technologie: Filter Monolithische Filter dichcroitisch, Pigment-basierend oder Farbstoff-basierend gemusterte Beschichtung auf optischer Abdeckung des Bildgebers oder direkt auf dem sensor die Antireflexionsschicht angewandt P B4 40 B3 30 B2 20 B Wavelength (nm)

18 Bilderfassung unserer Erde Erdbeobachtung, 1m Erdpunktabstand auf 10,000km Streifen Flachbildschirm-Inspektion, 1um Defekte auf 10m Substrat Halbleiter-Inspektion, 30nm auf 300mm-Substrat Auflösung von 0.1 Teile/Million 10-GHz Pixelrate 1-kHz Zeilenrate TDI Technologie

19 weisse LED Multi-LED Eigenlicht Halogen Lightquellen

20 Hyperspektrale Technologie Hyperspektrale Bildgeber 20 bis >250 Spektralbänder Bilder werden mit zunehmenden Wellenlängenbereich unterscheidbar machen. Anwendungen Hyperspektrale Fernerkennung Vegetation und Bodenformationen Umweltverschmutzung Astronomie Spektrale Signatur

Infrarot kurzwellig / mittelwellig sichtbar NIR SWIR MWIR LWIR InGaAs- oder MCT- Detektoren werden auf dem CMOS-Ausleseschaltkreis aufgebracht Anwendungen Material

21 Infrarot kurzwellig / mittelwellig sichtbar NIR SWIR MWIR LWIR InGaAs- oder MCT- Detektoren werden auf dem CMOS-Ausleseschaltkreis aufgebracht Anwendungen Material Sortierung Lebensmittel Inspection Thermographie kurzwellig/mittelwellig Infrarot (InGaAs oder MCT) InGaAs SWIR Cameras Open New Opportunities, Scott York, Photonic Science Ltd.

22 Infrarot - langwellig Sichtbar NIR SWIR MWIR LWIR Mikrobolometer-Detektoren sind MEMS*-Anordnungen, die auf einem CMOS-Ausleseschaltkreis aufgebracht werden * MEMS = Mikro-Elektro-Mechanische-Systeme langwellig Infrarot (MEMS*- Strukturen)

Ungekühltes Infrarot ungekühlte Mikrobolometer-Technologie erfordert keine energieverschlingende und kostenintensive Kühlung heutige Technologie 200mm Vanadiumoxid*-Prozess *VOx 12um Pixel CMOS

23 Ungekühltes Infrarot ungekühlte Mikrobolometer-Technologie erfordert keine energieverschlingende und kostenintensive Kühlung heutige Technologie 200mm Vanadiumoxid*-Prozess *VOx 12um Pixel CMOS Auswerteelektronik (RoIC) device-level -Vakuumverpackung wafer-level -Gehäuse Anwendungen Nachtsichtkameras (Militär und Polizei) Spionage und Aufklärung ((Militär) Thermografie (Gebäude und Elektronik) Inspektion Solar-Felder (Drohnen)

24 Teledyne DALSA Produkte Röntgen Detektoren UV Detektoren Sichtbar Multispektral SWIR / MWIR Detektoren LWIR Detektoren Teledyne Scientific & Imaging

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