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Forschungsschwerpunkte

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Ausleseplatine eines Interpolating Digital Photosensor (IDP) mit 3D gedruckter lichtdichter Abdeckung aus schwarzem Material. Der Kühlkörper zum Abführen der Wärme des Peltier Kühlelementes ist am unteren Rand zu sehen.

Die moderne Mikroelektronik erlaubt die Realisierung immer komplexerer Funktionen in hochintegrierten elektronischen Schaltungen. Neben schnellen digitalen Funktionen werden immer häufiger ganze Systeme auf einem Chip integriert. Diese können auch Sensoren, analoge Verstärker, Filter, Analog-Digital-Wandler etc. enthalten. Ohne solche auf eine spezielle Anwendung hin hochoptimierte Chips und Systeme sind heute viele Hardwareprojekte nicht realisierbar.

Am Lehrstuhl für Schaltungstechnik und Simulation werden unter Anderem die technologischen und schaltungstechnischen Grundlagen vermittelt, die zum Design von gemischt analog/digitalen Chips notwendig sind. Eine wichtige Basis für leistungsfähige Designs bildet das genaue Verständnis und die sorgfältige Charakterisierung der Grundbauelemente und der parasitären Effekte in Mikrochips. Ein wichtiges Werkzeug zur Vorhersage der Schaltungseigenschaften ist neben der mathematischen Modellierung die präzise analoge Simulation. Zur Implementierung der Chips wird komplexe, professionelle Entwicklungssoftware eingesetzt. Der Designzyklus wird durch den Vergleich der im realen Chip erreichten Kenngrößen mit den erwarteten Werten geschlossen.

Zusammen mit den Lehrstühlen für 'Neuartige Rechnentechnologien' (Prof. Koch) und für 'Computerarchitektur' (Prof. TaheriNejad) wird das Vertiefungsfach 'Hardwareentwurf' angeboten.

Forschungsschwerpunkt sind Detektoren zum Nachweis von Röntgenstrahlung, Licht oder geladenen Teilchen, die in der Forschung, der Medizintechnik oder in industriellen Anwendungen zum Einsatz kommen. Hierzu werden meist anwendungsspezifische Mixed-Mode Mikrochips entworfen, fabriziert und in Betrieb genommen. Die wichtigsten aktuellen Projekte sind:

  • Auslesechips für PET Scanner.
    ('PETA' Chipfamilie. Auslese von SiPM Sensoren, Zeitmessung mit 50ps Auflösung, Ladungsmessung, intelligente Datenaggregation in multiplen Chips. Kooperation mit verschiedenen Gruppen beim Bau von Scannern.)
  • DSSC Röntgenkamera für den XFEL.
    (Kooperationsprojekt. 1000x1000 Pixel, 5 Millionen Bilder / Sekunde für bis zu 800 Bilder, Ultra Low Noise von nur ≈ 20 Elektronen durch die Verwendung von DEPFET Sensoren)
  • Hybrider Pixeldetektor für hochenergetische X-Rays für ESRF (Frankreich) und DLS (UK).
    (XYDer und XYDyn Projekte. Hoher dynamischer Bereich durch Verwendung eines neuartigen Ladungspumpen-Konzepts und einer Pipeline Verarbeitung, flexibeles on-chip Processing, Verwendung von High-Z Sensoren (CZT).)
  • Ladungsauslese für den TRD Detektor von CBM.
    ('SPADIC' Vielkanalchip mit Ladungsverstärkern, ADCs, Hit-Suche und serieller Ausles ins 'CBM-Net'.)
  • Single Photon Detektoren für die Suche nach seltenen Physik-Ereignissen.
    (Full Custom Chips mit hochempfindlichen Photodioden (SPADs) mit hohem Füllfaktor. Spezialisierte datengetriebene Low Power Auslesearchitektur. Geplante Anwendung im DARWIN Projekt in flüssigem Xenon.)
  • Single Photon Arrays zur Auslese optischer Faserbündel.
    (Misalignment-tolerante Architektur durch freie Programmierbarkeit von SPAD Gruppen. Potenzielle Anwendungen für Kalorimeter, Tracker oder Beam-Monitoring in der Medizin.)
  • SPAD Arrays für das NEXT Experiment.
    (Serieller Betrieb, Auslese von UV Photonen mit Wellenlängenschiebern)
  • Geplant: Fluoreszenzmessungen in der Biomedizin.
  • Geplant: Elektronen-Detektion für KATRIN (KIT).
  • Geplant: Elektron/Photon Detektion für Elektronenmikroskopie.

Mehr Information gibt es auf der Seite zur Forschung (in Englisch).


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