Hauchdünn: Organische Sensoren können klein- und großflächig auf CMOS-Chips aufgebracht werden, aber auch auf biegsame Kunststoff-Folien oder wie hier Glas. Foto: U. Benz / TUM
Eine vollkommen neue Generation von Bildsensoren haben Wissenschaftler der Technischen Universität München entwickelt. Diese sollen lichtempfindlicher als herkömmliche Silizium-Sensoren sein. Ihre Herstellung jedoch soll sich einfacher und zudem kostengünstiger gestalten. Die Sensoren bestehen aus elektrisch leitenden Kunststoffen, die als hauchdünner Film aufgesprüht werden. Die chemische Zusammensetzung der Kunststoff-Schicht lässt sich nach Aussage der TUM gezielt verändern. Dadurch könnten auch unsichtbare Bereiche des Lichtspektrums erfasst werden.
Bildsensoren wandeln das durch das Objektiv einfallende Licht in elektrische Signale, aus denen der Bildprozessor dann wiederum das fertige Foto erstellt. Immer mehr Kameras verwenden siliziumbasierten Bildsensoren, die mit CMOS-Technologie (complementary metal oxide semiconductor) produziert werden. Nun haben Prof. Paolo Lugli und Dr. Daniela Baierl von der Technischen Universität München (TUM) ein Verfahren entwickelt, um solche CMOS-Sensoren kostengünstig leistungsfähiger zu machen. Dazu haben sie einen hauchdünnen Film aus organischen Verbindungen entwickelt. Dieser aus einer Kunststoff-Lösung bestehende Film wird auf die Oberfläche der Bildsensoren aufgebracht. Dazu haben die Wissenschaftler haben Rotations- und Sprühverfahren getestet, mit denen der um den Kunststoff in seiner flüssigen, gelösten Form präzise und preisgünstig aufgebracht werden kann. Der Kunststofffilm muss wenige hundert Nanometer dünn und fehlerfrei aufgetragen werden. Dafür hat sich eine Sprühbeschichtung mithilfe einfacher Sprühgeräte oder von Sprührobotern als beste Lösung erwiesen.
In Tests wurde bereits die überlegene Leistung der neuen Sensoren bewiesen. sie sollen nach Berichten der TUM bis zu dreimal lichtempfindlicher als herkömmliche CMOS-Sensoren sein, bei denen elektronische Bauteile einen Teil der Pixel und damit der lichtaktiven Siliziumfläche verdecken.
Bei der Produktion der organischen Sensoren kann auf die sonst übliche, teure Nachbearbeitung der CMOS-Sensoren, wie beispielsweise das Aufbringen von Mikrolinsen zur Verstärkung des Lichteinfalls verzichtet werden. Jedes 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 wegen ihres geringen Bildrauschens und die hohe Bildrate gut geeignet.
Durch die Verwendung unterschiedlicher chemischer Verbindungen lässt sich das erfassbare Lichtspektrum verändern. Manche Mischungen dienen dazu, sichtbares Licht aufzufangen. Andere organische Verbindungen 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.“
http://www.nature.com/ncomms/journal/v3/n10/full/ncomms2180.html
