CMOS-Sensoren: TUM verdreifacht Lichtempfindlichkeit und verringert Kosten

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CMOS-Sensoren: TUM verdreifacht Lichtempfindlichkeit und verringert Kosten

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Wissenschaftler der Technischen Universität München (TUM) haben eine neue Generation von CMOS-Bildsensoren entwickelt. Durch aufsprühen einer Polymerschicht auf die aktive Fläche erreichen die Wissenschaftler eine höhere Lichtempfindlichkeit und eine Beeinflussung des erfassbaren Lichtbereich auch in das Infrarot-Spektrum.


Prof. Paolo Lugli und Dr. Daniela Baierl von der TUM haben das Verfahren entwickelt. Dazu setzen sie auf einen hauchdünnen Film aus organischen Verbindungen, also Kunststoffen.


Aufgebracht wird die Kunststoff-Lösung auf die Oberfläche der Bildsensoren. Die Wissenschaftler haben Rotations- und Sprühverfahren getestet, um den Kunststoff in seiner flüssigen, gelösten Form präzise und kostengünstig aufzubringen. Nur wenige hundert Nanometer dünn und ohne Makel muss der Kunststoff-Film sein.


Im Test haben die organischen Sensoren bereits ihre Überlegenheit bewiesen: Sie sind bis zu dreimal lichtempfindlicher als herkömmliche CMOS-Sensoren, bei denen elektronische Bauteile einen Teil der Pixel und damit der lichtaktiven Siliziumfläche verdecken.


Bei der Herstellung der organischen Sensoren entfällt auch die sonst übliche, teure Nachbearbeitung des CMOS-Sensors, etwa durch Aufbringen von Mikrolinsen zur Verstärkung des Lichteinfalls. Jeder Pixel wird vollständig, inklusive seiner Elektronik, mit der flüssigen Kunststoff-Lösung besprüht und erhält so eine zu 100 Prozent lichtempfindliche Oberfläche. Für den Einsatz in Kameras sind die organischen Sensoren auch durch ihr geringes Bildrauschen und die hohe Bildrate gut geeignet.


Potenzial für günstige Infrarot-Sensoren


Ein weiterer Vorteil des Kunststoff-Sensors: Je nachdem, welche chemischen Verbindungen verwendet werden, ändert sich das erfassbare Lichtspektrum. Eine Mischung der Polymere PCBM und P3HT eignet sich, um sichtbares Licht aufzufangen. Andere organische Verbindungen, zum Beispiel Squarainfarbstoffe, sind hingegen empfindlich für nahes Infrarotlicht.


„Mit geeigneten organischen Verbindungen können wir neue Anwendungsgebiete erschließen, die bislang mit hohen Kosten verbunden waren“, erklärt Prof. Paolo Lugli, der den TUM-Lehrstuhl für Nanoelektronik inne hat. „Mit organischen Infrarot-Sensoren lassen sich künftig zum Beispiel Nachtsicht-Fahrassistenten ausstatten, aber auch ganz normale Kompakt- oder Handykameras. Bislang fehlen dafür auf dem Markt aber noch die geeigneten Polymere.“

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