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Mehrere Millionen Spiegel Mikrospiegelarray auf CMOS-Backplanes für definierte Strukturen

Von Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter 2 min Lesedauer

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Fraunhofer-Institut fuer Photonische Mikrosysteme
Heitec AG
ISH Ingenieursozietät GmbH
DMB Technics AG

Schnelle und hochauflösende Lichtsteuerung: Das ist das Ziel des Fraunhofer-Institut IPMS mit seinen beweglichen Spiegeln. Mit dem photonischen System lassen sich Bilder und Strukturen mit einer Pixelgröße von 48 µm erzeugen. Die Spiegel sind auf CMOS-Backplanes integriert.

Mikrospiegelarray auf CMOS-Backplanes: Das Spiegelarray besteht aus einer Million Einzelspiegeln. (Bild: Fraunhofer IPMS, Sven Döring)
Mikrospiegelarray auf CMOS-Backplanes: Das Spiegelarray besteht aus einer Million Einzelspiegeln.
(Bild: Fraunhofer IPMS, Sven Döring)

Flächenlichtmodule mit bis zu mehreren Millionen Spiegeln auf einem Halbleiterchip haben Forscher des Fraunhofer IPMS entwickelt. Je nach Anwendung lassen sich dich Mikrospiegel einzeln kippen oder absenken. Damit entsteht ein Oberflächenmuster, um beispielsweise definierte Strukturen zu erzeugen.

Die Flächenlichtmodulatoren kommen insbesondere in der Mikrolithographie bei tiefem Ultraviolett, in der PCB-Herstellung, der Halbleiterinspektion und -messtechnik sowie in der Adaptiven Optik, der Astronomie, der Holografie und der Mikroskopie zum Einsatz. Mit seinen Entwicklungen auf diesem Gebiet ist das Fraunhofer IPMS weltweit führend.

12 x 320 einzeln adressierbare Spiegel

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 2D-Intensitätsprofilen und Mustern mit variabler Intensität genutzt werden.

Da anstelle einer Maskierung eine Lichtumverteilung stattfindet, ist eine höhere Lichtausbeute möglich. Diese Innovation eröffnet neue Möglichkeiten unter anderem in der Halbleiterindustrie, in der Mikroskopie, insbesondere für biomedizinische Anwendungen sowie der Lasermaterialbearbeitung (Laserabtragen, -gravieren).

Matrix-Bauelement mit etwa einer Million Mikrospiegeln

Customer Evaluation Kit: SLM-Chip mit 256 x 256 Mikrospiegeln und Ansteuerelektronik.(Bild: Sven Doering / Agentur Focus)
Customer Evaluation Kit: SLM-Chip mit 256 x 256 Mikrospiegeln und Ansteuerelektronik.
(Bild: Sven Doering / Agentur Focus)

Eine weitere SLM-Technologie des Fraunhofer IPMS ist ein Matrix-Bauelement mit etwa einer Million Mikrospiegeln mit einer optisch aktiven Fläche von 33 mm x 8 mm. Die Matrix lässt sich mit einer Frequenz von 2 kHz umprogrammieren, wobei jeder torsionsgelagerte Mikrospiegel mit einer individuellen Auslenkung versehen wird. Ausgehend von dieser Bauelementkonfiguration können anwendungsspezifisch Kundenbedürfnisse für Weiterentwicklungen berücksichtigt werden.

Für die Erforschung neuer Anwendungen steht den Anwendern ein Customer Evaluation Kit zur Verfügung. Das Kit besteht aus einer Matrix mit 256 x 256 Einzelspiegeln (64k), einer Ansteuerelektronik und Software. Eine aktuelle Entwicklung des Instituts besteht darin, auf der 64k-Plattform auch Senkspiegel zu implementieren.

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