Impact Assessment: Wafer-Scale-CMOS-Technologie für GeSn-Photodetektoren bei Raumtemperatur

Am Helmholtz-Zentrum Dresden Rossendorf (HZDR) wurde die CMOS-kompatible GeSn-Photodetektor-Technologie von einzelnen Laborgeräten (10×10 mm) auf industrieübliche 3-Zoll-Wafer hochskaliert. Mithilfe von Ionenimplantation und Blitzlampen-Temperung konnte die Machbarkeit von GeSn-Photodetektoren im Wafermaßstab demonstriert und die Technologie von TRL 3 auf TRL 4 weiterentwickelt werden. TRL, die „Technology Readiness Level“-Skala, ist ein internationaler Standard zur Bewertung technologischer Reife. Level 3 steht für einen Machbarkeitsnachweis im Labor, während Level 4 die Validierung im Prototypenstadium bezeichnet.

GeSn-Detektoren können mit vorhandener CMOS-Infrastruktur hergestellt werden. CMOS ist die Standardtechnologieplattform für die Herstellung von Halbleiterchips. Diese Kompatibilität ermöglicht eine kostengünstige und skalierbare Produktion. Das HZDR schätzt eine Kostenreduktion von 500 € auf rund 10 € pro Sensor – ein mögliches Einsparpotenzial von 99,8 % – und eröffnet damit Anwendungen in Gesundheitswesen, Landwirtschaft und LiDAR-Systemen.

Die Detektoren benötigen zudem keine Kühlung, was 40–50 % Energieeinsparung im Vergleich zu bisherigen Alternativen ermöglicht, und sie unterstützen die EU-Nachhaltigkeitsziele durch den Einsatz nicht-toxischer, recycelbarer Materialien. Diese Eigenschaften stehen im Einklang mit dem European Chips Act und stärken die Widerstandsfähigkeit Europas in der Halbleiter-Lieferkette.

Das Projekt hat bereits Anschluss an kommerzielle Aktivitäten gefunden, darunter Pläne für ein Spin-out-Unternehmen sowie Marktstudien mit Dresdner Forschungsdienstleistern. Gespräche mit potenziellen Endanwendern zeigen ein starkes Interesse, insbesondere in den Bereichen automotive LiDAR und präzisionsgestützte Landwirtschaft.

Durch die Skalierung dieser Pioniertechnologie auf Wafermaßstab stärkt das Projekt das Halbleiter-Ökosystem Dresdens, positioniert das HZDR als führend im Bereich CMOS-Photonik und bereitet den Weg für eine Kommerzialisierung in einem stark wachsenden 147-Millionen-Euro-SWIR-Markt. SWIR, kurz für „Short-Wave Infrared“, bezeichnet einen Wellenlängenbereich des Lichts (1–3 Mikrometer), der in Anwendungen wie Bildgebung, Spektroskopie und LiDAR eine zentrale Rolle spielt. Dieser durch die UCI-Förderung ermöglichte Fortschritt zeigt, wie beschleunigerbasierte Forschung industrielle Effizienz, ökologische Nachhaltigkeit und europäische technologische Souveränität fördern kann.

Die spezifischen Materialien zum Projekt finden Sie unten zum Download:

• Fallspezifischer Report (PDF)
• Fallspezifische Infografik (PDF)
• Verlinkung auf die entsprechende Hi-Acts-Webseite unter „Success Stories“