Kraft, Holger: Untersuchung und Entwicklung integrierbarer Photomischdetektor (PMD)-Konzepte auf Halbleiterbasis zur Realisierung hochauflösender 3D-Messsysteme. 2007
Inhalt
- Abstract
- 1 Einleitung
- 2 Entfernungsmessung mitPhotomischdetektoren (PMD)
- 2.1 Das Prinzip des Time-Of-Flight Verfahrens
- 2.2 Auswertung der Korrelationsfunktion
- 2.3 Auswertung durch Fouriertransformation
- 2.4 Korrelationsempfang mit PMD-Strukturen
- 2.4.1 Übersicht der halbleiterbasierten PMD-Konzepte
- 2.4.2 Fremdmodulation
- 2.4.3 Selbstmodulation
- 2.4.4 Unipolare und bipolare SM-PMDs
- 2.4.5 Hybridkonzepte
- 2.5 Kenngrößen eines PMD
- 2.6 Grenzen der Messgenauigkeit
- 2.7 Theoretische Messgenauigkeit
- 3 Bauteilspezifische Grundlagen
- 3.1 pn-Halbleiterübergänge
- 3.2 Metall-Halbleiter-Übergänge
- 3.2.1 Idealer Metall-Halbleiter-Kontakt
- 3.2.2 Realer Metall-Halbleiter-Kontakt
- 3.2.3 Strom-Spannungs-Charakteristik
- 3.2.4 Bestimmung der Barrierenhöhe
- 3.3 Metal-Semiconductor-Metal Strukturen (MSM)
- 3.3.1 Dunkelverhalten
- 3.3.2 Verhalten bei optischer Bestrahlung
- 3.3.3 Photoempfindlichkeit
- 3.3.4 Frequenzverhalten
- 3.4 MSM als Gegentakt SM-PMD
- 4 Galliumarsenid MSM-PMD
- 4.1 Vorbetrachtungen
- 4.2 Realisierungsansatz
- 4.3 Singlepixel GaAs MSM-PMD
- 4.3.1 Einseitiges Modulationsverfahren mit Rechteckmodulation
- 4.3.2 Pixelstrukturen
- 4.3.3 Diskussion der realen Kennlinie
- 4.4 Charakterisierung durch Direktbestrahlung
- 4.5 Messungen an GaAs MSM-PMD Einzelpixelstrukturen
- 4.6 Neuartige Multipixelstrukturen auf GaAs MSM-Basis
- 4.7 Untersuchung des GaAs Multipixelsensors
- 4.8 Alternative Aufbau- und Verbindungstechnik (AVT)
- 5 Vollintegrierbare Silizium MSM-PMD
- 5.1 Vorbetrachtungen
- 5.2 Realisierung
- 5.2.1 Prozessintegration
- 5.2.2 Substratmaterial
- 5.2.3 Fingergeometrie, -abstand
- 5.2.4 Herstellung der Schottkykontakte
- 5.3 Pixelstrukturen
- 5.4 DC-Messungen
- 5.4.1 Bestimmung der Barrierenhöhe an realisierten Teststrukturen
- 5.4.2 Hell-Dunkelverhalten der PtSi MSM-Struktur
- 5.4.3 Temperaturverhalten
- 5.5 AC-Messungen
- 5.5.1 Einzelpixel
- Einfluss des Fingerabstandes
- Einfluss der Modulationsspannung
- Einfluss der Pixelgröße
- Einfluss der Leistung
- 5.5.2 Messgenauigkeit
- 5.5.3 Multipixel
- 5.6 Optimierungspotential
- 6 Rückseitenbestrahltes Silizium pn-PMD
- 6.1 Ansatz
- 6.2 Konzept
- 6.2.1 Rückseitenbestrahlung
- 6.2.2 Anpassung der Substratdicke /-dotierung
- 6.2.3 Aufbau mit Flip-Chip Technologie
- 6.3 Umsetzung
- 6.4 Messtechnische Untersuchung
- 6.4.1 DC-Messungen
- 6.4.2 AC-Messungen
- 6.4.3 Variation der Modulationsamplitude
- 6.4.4 Variation der Modulationsfrequenz
- 6.4.5 Variation der optischen Nutzleistung
- 6.4.6 Hintergrundlichteinfluss
- 6.4.7 Variation der optischen Wellenlänge
- 6.4.8 Demodulationsempfindlichkeit
- 6.5 Aktives Verfahren zur Unterdrückung von unkorrelierten Anteilen
- 6.6 Bipolare pn-PMD Strukturen
- 7 PMD-Performance und Applikationspotential
- 7.1 Berechnungsgrundlagen
- 7.1.1 Bestimmung der Signalleistung auf dem Sensor
- 7.1.2 Bestimmung der Hintergrundlichtleistung auf dem Sensor
- 7.1.3 Berücksichtige Rauschquellen
- 7.2 Überblick der Technologien
- 7.3 Theoretische Gegenüberstellung auf Basis gemessener Parameter
- 8 Zusammenfassung und Ausblick
- Literaturverzeichnis
- Anhang A: Formelzeichen und Abkürzungen
- Anhang B: Abbildungsverzeichnis
- Anhang C: Index