Rauscharme JFET

Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen des Fraunhofer EMFT entwickeln neuartige, extrem rauscharme JFET-Transistoren und passen diese an spezifische Kundenanforderungen an.  Beispielsweise in der Röntgenspektroskopie hängt die Leistungsfähigkeit des Detektormodules neben dem Sensorbauelement vor allem von der Qualität der ersten Verstärkerstufe ab. Die am Fraunhofer EMFT entwickelten rauscharmen JFET-Transistoren ermöglichen extrem rauscharme Verstärker. Damit bieten sie großes Optimierungspotenzial für Bereiche wie Materialanalyse, Recycling oder Sicherheitsanwendungen.

Der Vorteil des extrem rauscharmen JFETs liegt darin, dass er eine Grenzfrequenz von 1Ghz erreicht – und damit verglichen mit kommerziellen Angeboten der bislang „schnellste“ JFET-Transistor auf Siliziumbasis ist. Er weist bei sehr kleiner Eingangskapazität ein extrem niedriges Rauschen auf. Davon profitieren sensible Sensoranwendungen wie zum Beispiel Röntgenfluoreszenzspektroskopie – EDX, Time-of-Flight Messungen oder Ionendetektoren. Durch die integrierte Feedback-Kapazität und die Rücksetzdioden kann der EMFT-JFET direkt am Sensor platziert und parasitäre Effekte minimiert werden.

Durch eine weitere Optimierung in den Bereichen Robustheit, Grenzfrequenz und Rauschen soll die Messzeit noch weiter verringert werden. 

Es stehen fertige Chips (mit/ohne Gehäuse) zur Bemusterung zur Verfügung: Die Chips haben eine Abmessung von 0,5 x 0,5 mm. Zu den üblichen Anschlüssen ist eine Feedback-Kapazität und ein Reset-Mechanismus für den Einsatz in Ladungsverstärkern integriert.

Anwendungsbeispiele

In der Sensortechnik sorgt die niedrige Eingangskapazität für eine verbesserte Empfindlichkeit und Reaktionsgeschwindigkeit, wodurch Messaufgaben z.B. in der Umweltüberwachung, Abstandsmessung und Analytik profitieren.

In Anwendungen wie etwa Time-of-Flight Messungen konnten wir zeigen, dass der Fraunhofer EMFT JFET den bestehenden Systemen im Signal zu Rauschverhältnis überlegen ist. Dies wurde durch die geringe Eingangskapazität bei gleichzeitig geringem Rauschen von nur 1.6nV/sqrt(Hz) erreicht. Dadurch konnten bislang unerreichte Genauigkeiten und Reichweiten erzielt werden.

Im Bereich der Ultraschalltechnik kann der Fraunhofer EMFT JFET für ein verbessertes Signal-zu-Rausch-Verhältnis sorgen. Dies eröffnet die Möglichkeit, präzisere Ultraschallbilder zu erzeugen, die etwa in der medizinischen Diagnostik und industriellen Prüfungen von großer Bedeutung sind. 

In einer Anwendung der Röntgenfluoreszenzspektroskopie konnte mit dem EMFT-JFET deutlich genauere Energiespektren aufgenommen werden als mit Standardbauteilen. 

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