Eine neue Generation von Bildsensoren ist lichtempfindlicher als herkömmliche Silizium-Sensoren. Sie sind einfach und kostengünstig herzustellen und bestehen aus elektrisch leitenden Kunststoffen, die als hauchdünner Film aufgesprüht werden.
Bildsensoren sind das Herzstück jeder Digitalkamera. Bevor ein Schnappschuss auf dem Display erscheint, wandeln sie das Licht aus dem Objektiv in elektrische Signale um. Daraus berechnet der Bildprozessor das fertige Foto. Viele Kompakt- und Handykameras arbeiten mit siliziumbasierten Bildsensoren, die mit CMOS-Technologie (complementary metal oxide semiconductor) hergestellt sind. Prof. Paolo Lugli und Dr. Daniela Baierl von der Technischen Universität München (TUM) haben ein Verfahren entwickelt, um diese CMOS-Sensoren auf günstige Weise leistungsfähiger zu machen. Dazu setzen sie auf einen hauchdünnen Film aus organischen Verbindungen, also aus Kunststoffen.
Nur wenige hundert Nanometer dünn und ohne Makel muss der Kunststoff-Film sein. Um ihn in seiner flüssigen, gelösten Form präzise und kostengünstig auf die Oberfläche der Bildsensoren aufzubringen, hat sich als beste Lösung die Sprühbeschichtung erwiesen. 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 die sonst übliche, teure Nachbearbeitung des CMOS-Sensors, zum Beispiel das 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 % lichtempfindliche Oberfläche. Für den Einsatz in Kameras sind die organischen Sensoren auch durch ihr geringes Bildrauschen und die hohe Bildrate gut geeignet.
Ein weiterer Vorteil des Kunststoff-Sensors: Je nachdem, welche chemischen Verbindungen verwendet werden, ändert sich das erfassbare Lichtspektrum. „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.“
Weitere Informationen: Pressemitteilung TUM Originalpublikation in „Nature“
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