Dipl.-Ing. Ingo Hehemann :

Schnelle optoelektronische ICs für sichtbares Licht in CMOS Technologie

Dissertation angenommen durch: Universität Duisburg-Essen, Campus Duisburg, Fakultät für Ingenieurwissenschaften, Abteilung Elektrotechnik und Informationstechnik, 2004-04-21

BetreuerIn: Prof. Ph. D. Bedrich J. Hosticka , Universität Duisburg-Essen, Campus Duisburg, Fakultät für Ingenieurwissenschaften, Abteilung Elektrotechnik und Informationstechnik

GutachterIn: Prof. Ph. D. Bedrich J. Hosticka , Universität Duisburg-Essen, Campus Duisburg, Fakultät für Ingenieurwissenschaften, Abteilung Elektrotechnik und Informationstechnik
GutachterIn: Prof. Dr. Holger Vogt , Universität Duisburg-Essen, Campus Duisburg, Fakultät für Ingenieurwissenschaften, Abteilung Elektrotechnik und Informationstechnik

Schlüsselwörter in Deutsch: CMOS, Optoelektronische integrierte Schaltungen, optische Detektoren, Fotodioden, Photodioden, Transimpedanzverstärker, optische Speichersysteme
Schlüsselwörter in Englisch: CMOS, optical detectors, optical storage systems, optoelectronic integrated circuits, photodiodes, transimpedance amplifiers

  
   
 Klassifikation     
    Sachgruppe der DNB: 620 Ingenieurwissenschaften
  
   
 Abstrakt     
   

Abstrakt in Deutsch

In den vergangenen Jahren haben Anwendungen wie beispielsweise die optischen Speichersysteme oder die parallele optische Kurzstreckenübertragung enorme Verbreitung gefunden. Im ersten Fall bedingt durch die Verbesserung der Speicherdichte, im zweiten Fall durch die Verfügbarkeit von kostengünstigen Lichtquellen, basieren diese Anwendungen auf Licht des sichtbaren Spektrums. Aufgrund der Anforderungen hinsichtlich Bandbreite und Empfindlichkeit, beruhen Detektoren, die bisher für diese Anwendungen zum Einsatz kamen, auf BiCMOS, III/V oder optimierten CMOS Technologien wohingegen das enorme Marktpotential dieser Anwendungsgebiete die Nutzung von Standard CMOS Technologien nahe legt. Im Rahmen dieses Vortrags werden Untersuchungen zur Eignung von CMOS Prozessen für die genannten Anwendungen vorgestellt. Es werden dabei theoretische und messtechnisch gewonnene Ergebnisse der Sensorelemente präsentiert, sowie neuartiger Ausleseschaltungskonzepte vorgeschlagen, deren Funktionalität ebenfalls durch Messergebnisse unterstrichen wird. Ferner werden theoretische Analysen zur Optimierung dieser Konzepte hinsichtlich verschiedener Parameter dargestellt. Als Umsetzung der gewonnenen Erkenntnisse innerhalb eines Gesamtsystems wurde ein Detektor für optische Speichersysteme realisiert. Hierbei kommen erstmals die demodulierende und integrierende Auslese von Fotodioden örtlich und zeitlich parallel zum Einsatz.

Abstrakt in Englisch

During the last years, applications such as optical storage systems or the optical short haul communication have gained enormous relevance. In the first case pushed by the improvement of the storage capacity, in the latter by the availability of low-cost light sources, those applications are based on light of the visible spectra. Due to the hard speed and sensitivity specifications, by now the detectors for these applications are based on BiCMOS, III/V or optimised CMOS technologies whereas the enormous market potential demands the use of a standard CMOS process. Within the scope of this work, investigations concerning the aptitude of CMOS technologies for the mentioned applications have been done. Theoretical and measurement results for corresponding photodiodes as well as innovative readout circuit concepts, whose functionality is also underlined by measurements, are presented. Furthermore, theoretical analyses for the optimisation of these concepts with respect to different parameters are suggested. As a system application based on the gained results, a novel detector for optical storage systems has been realized. To the authors knowledge, this is the first chip in-situ combining the integrating and demodulating readout approach of photodiodes.