08 Aug CMOS-integrierte Lichtmodulatoren
Das Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS entwickelt Flächenlichtmodulatoren bestehen aus Arrays von Mikrospiegeln auf Halbleiterchips, wobei die Anzahl der Spiegel je nach Anwendung von einigen Hundert bis zu mehreren Millionen variiert. Implementieren werden 1-Achsen- und 2-Achsen-Kippspiegel sowie Senkspiegel monolithisch integriert auf CMOS-Backplanes. Dies erfordert in den meisten Fällen eine hochintegrierte anwendungsspezifische elektronische Schaltung (ASIC) als Basis für die Bauteilarchitektur, um eine individuelle analoge Auslenkung jedes Mikrospiegels zu ermöglichen. Darüber hinaus entwickelt das Fraunhofer IPMS die Elektronik und Software zur Steuerung des Spiegelarrays. Die einzelnen Spiegel können je nach Anwendung gekippt oder vertikal ausgelenkt werden, sodass ein Oberflächenmuster entsteht, um beispielsweise definierte Strukturen abzubilden. Hochauflösende Kippspiegelarrays mit bis zu 2,2 Millionen Einzelspiegeln lassen sich nach Angaben der Entwickler als hochdynamische programmierbare Masken für die optische Mikrolithografie im ultravioletten Spektralbereich einsetzen. Die Spiegelabmessungen sind laut den Forschern 10 μm oder größer. Durch Kippen der Mikrospiegel wird die Strukturinformation mit hoher Bildrate auf einen hochauflösenden Fotoresist übertragen. Weitere Einsatzgebiete sehen die Entwickler in der Halbleiterinspektion und Messtechnik sowie perspektivisch beim Laserdruck, Markierung und bei der Materialbearbeitung.
Hohe Lichtausbeute dank Lichtumverteilung
Eine Entwicklung des Fraunhofer IPMS ist ein CMOS-integriertes Mikrospiegelarray mit zwei Kippachsen pro Spiegel und einer zugehörigen Technologieplattform. Das Bauelement besteht aus 512 x 320 einzeln adressierbaren Spiegeln mit 48 μm Pixelgröße. Das optische Funktionsprinzip beruht auf einer ortsaufgelösten Umverteilung des Lichts. Dies kann zur Umlenkung von Lichtstrahlen oder zur Erzeugung und Steuerung von 2-D-Intensitätsprofilen und Mustern mit variabler Intensität genutzt werden. Da anstelle einer Maskierung eine Lichtumverteilung stattfindet, ist laut den Forschern eine höhere Lichtausbeute möglich. Diese Entwicklung soll neue Möglichkeiten unter anderem in der Halbleiterindustrie, in der Mikroskopie – insbesondere für biomedizinische Anwendungen – sowie in der Lasermaterialbearbeitung wie dem Laserabtragen und -gravieren eröffnen.
SLM-Chip mit Ansteuerelektronik. Bild: Fraunhofer IPMS
Eine Millionen Mikrospiegel individuell ausgelenkt
Eine weitere SLM-Technologie des Fraunhofer IPMS ist ein Matrix-Bauelement mit etwa einer Million Mikrospiegeln mit einer optisch aktiven Fläche von 33 × 8 mm². Die Matrix soll sich mit einer Frequenz von 2 kHz umprogrammieren lassen, wobei jeder torsionsgelagerte Mikrospiegel mit einer individuellen Auslenkung versehen wird. Ausgehend von dieser Bauelementkonfiguration können anwendungsspezifisch Kundenbedürfnisse für Weiterentwicklungen berücksichtigt werden, so die Entwickler. Für die Erforschung neuer Anwendungen steht den Kunden ein Customer Evaluation Kit zur Verfügung. Das Kit besteht aus einer Matrix mit 256 x 256 Einzelspiegeln (64k), einer Ansteuerelektronik und Software. Eine weitere aktuelle Entwicklung des Instituts besteht darin, auf der 64k-Plattform auch Senkspiegel zu implementieren.
Spiegelarray mit einer Million Einzelspiegeln. Bild: Fraunhofer IPMS / Sven Döring
Customer Evaluation Kit: SLM-Chip mit 256 x 256 Mikrospiegeln und Ansteuerelektronik. Bild: Fraunhofer IPMS
Weitere Infos zur Flächenlichtmodulation am Fraunhofer IPMS
Quelle und Bild: www.ipms.fraunhofer.de
