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Projekt
GeSn-basierte Infrarotdetektion und -bildgebung
Fachliche Zuordnung
Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
Förderung
Förderung seit 2025
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 568675133
Das Ziel des Projekts ist es, technologische Bausteine für die Infrarotdetektion und -bildgebung auf Basis der GeSn-Legierung bereitzustellen, einem Halbleitermaterial der Gruppe-IV-Elemente, das mit den kostengünstigen Prozessen der Siliziumindustrie kompatibel ist. Der spektrale Erfassungsbereich von GeSn wird auf längere Wellenlängen ausgeweitet, um Demonstratorgeräte zu ermöglichen, die im mittleren Infrarotbereich (MidIR) von 2-5 µm arbeiten – ein Bereich, der bisher für CMOS-kompatible Materialplattformen unerreichbar war. GERALD entwickelt und demonstriert verschiedene Gerätetypen, mit besonderem Fokus auf Quantenwalzen-(QW)-Heterostrukturdioden und Phototransistoren und schlägt unterschiedliche Designlösungen vor, die mit KI-gesteuerten evolutionären Algorithmusverfahren optimiert werden. Nach einem Stand-alone-Gerätedemonstrator folgt die Realisierung von Fotodetektorarrays, die externe Ausleseschaltungen (ROIC) vorsehen. Der Ansatz mit Phototransistoren ist der Schritt in ein neues Gebiet des In-Sensing-Computing, bei dem Lichtdetektion mit elektrischer Ladungsspeicherung (Speicher) gekoppelt und von einem Transistor ausgelesen wird. Dies wird auf ihre mögliche Nutzung in neuromorphen Netzwerken für On-Chip-Edge-Computing evaluiert. Die vorgeschlagene GeSn-basierte Technologie, die nahtlos in die Standard-Mikroelektronikfertigung integriert werden soll, stellt einen bedeutenden Durchbruch dar und ist ein Schlüsseltechnologie enabler für die Erweiterung des Anwendungsbereichs der Siliziumphotonik. Die Möglichkeit der kostengünstigen Detektion und Bildgebung, die durch die vorgeschlagene Technologie geboten wird, würde Funktionen zu tragbaren oder verteilten Objekten hinzufügen, die in großen Stückzahlen hergestellt werden können, und potenziell Massenmärkte adressieren, wie z. B. Lab-on-a-Chip, Biosensoren, Bildgeber für assistiertes Fahren (z. B. „Durchblick durch Nebel“), Gas- und Flüssigkeitsdetektoren, Umweltverschmutzungsmonitore und Sicherheitsscanner. Wichtig ist, dass diese Geräte zusammen mit Edge-Computing-Komponenten realisiert werden könnten, wie z. B. CMOS-realisierte neuromorphe Netzwerke, die maschinelles Lernen und/oder KI-gesteuerte On-Chip-Spektralanalyse und Bilderkennung ermöglichen könnten. Das Konsortium besteht aus weltweit anerkannten europäischen Experten auf dem Gebiet des Wachstums innovativer (Si)GeSn-Halbleiter auf Silizium, des Designs, der Verarbeitung und der Testung photonischer Bauelemente. Die Partner des Konsortiums haben bereits gemeinsam an kollaborativen Projekten durch gemeinsame Publikationen oder europäische und nationale geförderte Projekte mitgewirkt.
DFG-Verfahren
Sachbeihilfen
Internationaler Bezug
Frankreich
Kooperationspartner
Dr. Patrick Bouchon; Professor Dr. Moustafa El Kurdi; Dr. Yanko Todorov
