Silicon Sensor Technology

Vår ekspertise

Forskningsgruppen Silisium Sensorteknologi (SST) utvikler og produserer høy-presisjons mikrobrikker til sensorer skreddersydd for bruk gjennom to hovedretninger:

• Strålingssensorer
• Mikroelekromekansiske systemer (MEMS)

Strålingssensorer utvikles av SST for å møte kundens spesifikasjon og krav. Teknologiplattformen er utviklet siden tidlig 1970-tallet, og kan i dag levere sensorer for deteksjonssystemer med utmerket ytelse og tåleevne i miljøer med ekstreme strålingsnivåer. Gjennom forskning og utvikling, har SST bygget internasjonalt anerkjent ekspertise innen design, simulering, fabrikasjon og testing av strålingssensorer for deteksjon av optiske fotoner, røntgenstråling, høyenergetiske partikler og tunge ioner. SINTEF utvikler og produserer silisiumbaserte strålingsdetektorer for noen av de mest krevende anvendelsene innen vitenskapelig forskning, blant annet eksperimenter ved CERN, synkrotroner og røntgenfri elektronlasere (XFEL), samt for avanserte industrielle anvendelser. De viktigste eksemplene på utviklede strålingssensorer er:

• Mikrostrip-sensorer med høy romlig oppløsning og rask utlesning.
• Pikselsensorer som har fordelen med to-dimensjonal posisjonsoppløsning.
• 3D-sensorer har tredimensjonale elektroder som trenger inn i sensorsubstratet og tilbyr flere fordeler, blant annet svært høy strålingsbestandighet, rask tidsrespons, redusert dødt volum i sensoren og forbedret nøytrondeteksjonseffektivitet.
• Low Gain Avalanche Diodes (LGAD) er sensorer med intern signalforsterking, nyttig for applikasjoner som krever presis tidsoppløsning eller deteksjon av svake signaler.
• Silicon drift diodes (SDD) tilbyr lave støynivåer og enestående energioppløsning ved lave røntgenenergier som hovedsakelig brukes i røntgenspektroskopi og elektronmikroskopi.
• Photodetectors kan skreddersys for lysets bølgelengde og intensitet, og kan også designes til å detektere enkeltfotoner. Sensoren kan også integreres i fotonisk integrerte kretser. 

MEMS skreddersydd for anvendelser som krever høy presisjon og langtidsstabilitet er den andre teknologiplattformen SST har spesialkompetanse innen. Gjennom flere tiår med forskning- og utvikling sammen med akademiske og industrielle partnere tilbyr SST design og prosessering av MEMS for deteksjon av trykk, bøying og bevegelse for bruk innen luftfart, prosessindustri, helse og forskning. Eksempler på teknologier er:

• Piezoresistive trykksensorer for luftfart og medisinsk bruk, utviklet i samarbeid med Memscap.  For luftfart er trykkmåling grunnlaget for beregning av flyhøyde og krever derfor ekstrem presisjon og pålitelighet.
• Intertial MEMS akselerometer. Sensorteknologi for måling av fysisk akselerasjon.
• Silisiumbaserte IR-kilder som brukes for gassdeteksjon, i samarbeid med Mikrooptikk-gruppen ved MiNaLab.
• Pakketeknologi for MEMS og andre relevante teknologier. Når sensorteknologi lages som mikrobrikker (chips), må de pakkes for å beskyttes samtidig som pakkingen ikke påvirker sensorens ytelse.

Gjennom SINTEF MiNaLab har vi tilgang til en av Nordens mest avanserte laboratorieinfrastrukturer for mikro- og nanofabrikasjon. Dette gjør oss i stand til å utvikle skreddersydde løsninger fra idé til småskala produksjon i tett samarbeid med kunder og partnere.

Slik jobber vi

Vi jobber anvendt og prosjektorientert – alltid med utgangspunkt i konkrete behov fra industri, offentlig sektor eller forskningsmiljøer.  Samtidig jobber vi strategisk med å identifisere behov hvor våre teknologiplattformer kan levere til nye teknologier, som for eksempel kvanteteknologi. Hvor vi utvikler f.eks strålingssensorer og MEMS komponenter til å bli en del av en kvantesensor.  Mange av prosjektene våre starter med en teknologisk utfordring: Hvordan kan en sensor bli mer følsom, tåle høyere stråling, bruke mindre energi eller fungere under ekstreme forhold over lang tid?

Forskningsgruppen kombinerer modellering og simulering, prosessutvikling og eksperimentell testing for å utvikle løsninger som leverer det kunden krever av sensoren; ytelse og pålitelighet. 

Arbeidet skjer ofte i tverrfaglige team sammen med materialforskere, fysikere, elektroingeniører og systemutviklere. Kundene våre kan samarbeide med oss gjennom hele utviklingsløpet – fra tidlig konseptutvikling til pilotproduksjon og verifisering.

Hva skiller oss ut?

Det som gjør SST og de andre gruppene på MiNaLab unike, er kombinasjonen av forskningskompetanse, design- og prosessforståelse og egen produksjonsinfrastruktur. Vi kan utvikle og produsere avanserte sensorkomponenter som møter krav fra industri internt i SINTEF MiNaLab, noe som gir stor fleksibilitet og korte utviklingsløp.

Forskningsgruppen har bygget opp kompetanse innen strålingssensorer og MEMS gjennom flere tiår og har erfaring med teknologier som stiller svært høye krav til ytelse og pålitelighet over lang tid (>30 år). Vår styrke er derfor å kombinere forskning, utviklingsarbeid som design og fabrikasjon, og industrielle behov. Dette gjør oss til en attraktiv partner både for teknologibedrifter og forskningsmiljøer både i Norge og internasjonalt. 

Et internasjonalt miljø

Forskningsgruppen samarbeider med ledende forskningsmiljøer og teknologipartnere i Europa og internasjonalt. Vi deltar i EU-prosjekter og forskningsinitiativ fra overvåkning av matproduksjon til romfart og høyenergifysikk.

Gjennom SINTEF MiNaLab er vi del av den nasjonale infrastrukturen NorFab, som gir forskere og industripartnere tilgang til avanserte fasiliteter for mikro- og nanofabrikasjon. 

Noen høydepunkter

• Tilgang til SINTEF MiNaLab – en komplett produksjonslinje for sensorer og mikrosystemer med renrom og avansert prosessutstyr.
• Utvikling av avanserte 3D-strålingsdetektorer for bruk i høystrålingsmiljøer, blant annet relatert til forskning på CERN.
• Sensorløsninger for romfartsapplikasjoner hvor lavt energiforbruk og høy strålingsrobusthet er avgjørende.
• Egen prosessutvikling for ultra-lav lekkasjestrøm i strålingssensorer, utviklet gjennom flere tiår med forskning og teknologiutvikling.
• SST og SINTEF MiNaLab har sammen med SLAC National Accelerator Laboratory utviklet sensorer som gjorde det mulig å forstå og avbilde proteinstrukturen i SARS-CoV2 (covid-19) viruset. Dette ga viktige svar på hvordan en vaksine skulle komponeres.
• Utvikling av supereffektive fotodetektorer til selvkalibrerende fotodioder for den radiometriske koblingen til fundamentale konstanter. Dette i en serie av prosjekter ledet av Justervesenet (chipS CALe, S-CALe Up, og S-CALe iIT).
• Sammen med Memscap har SST og SINTEF MiNaLab utviklet og produsert trykksensorer som sitter i om lag 150 000 – 200 000 fly og helikoptre verden rundt.
• Utvikling av en kompakt, rimelig og ultrasensitiv sensorplattform basert på fotonisk integrert kretser (PIC) for overvåking av luft og vann. Sammen med mikrooptikkgruppen har SST demonstrert fungerende PIC med monolitisk integrert lyskilde, bølgeledere og fotodetektor. COMPAS er et Horizon Europe prosjekt koordinert av SINTEF. 

Dette kan vi hjelpe deg med

Ønsker du å utvikle en sensor tilpasset krevende omgivelser eller spesielle ytelseskrav? Trenger du en partner som kan ta en idé fra konsept til prototype?

Vi kan hjelpe deg med:

• Utvikling av skreddersydde sensorteknologier
• Design og simulering av strålingsdetektorer og MEMS
• Prosessutvikling og fabrikasjon
• Testing og karakterisering av sensorer
• Prototyping og småskalaproduksjon
• Teknologiutvikling for romfart, industri og medisinsk teknologi

Vi samarbeider med både oppstartsbedrifter, etablerte industriselskaper, offentlig sektor og akademiske miljøer.

Vil du samarbeide med oss?

Vi er alltid åpne for nye samarbeidsmuligheter. Ta kontakt for å lære mer om forskningen vår og hvordan vi kan utvikle nye sensorløsninger sammen. Gjennom forskningsprosjekter, pilotering, rådgivning og teknologisamarbeid hjelper vi virksomheter med å omsette avansert sensorteknologi til praktiske løsninger med verdi for samfunnet og markedet.