Organische Sensoren Bildsensoren aus der Sprühdose

Organische Sensoren können klein- und großflächig auf CMOS-Chips aufgebracht werden, aber auch auf biegsame Kunststoff-Folien oder wie hier Glas.

Sie sind dreimal lichtempfindlicher als herkömmliche CMOS-Sensoren und dabei einfach in der Herstellung: Die Bildsensoren der TU München werden einfach aufgesprüht.

Die Wissenschaftler der Technischen Universität München haben neuartige Bildsensoren entwickelt: Jeder Pixel inklusive seiner Elektronik wird mit einer hauchdünnen Schicht aus elektrisch leitenden Kunstsoff besprüht und erhält so eine zu 100 Prozent lichtempfindliche Oberfläche. Außerdem lässt sich die chemische Zusammensetzung des organischen Kunststoffs so verändern, dass auch unsichtbare Bereiche des Lichtspektrums abgedeckt werden können. So ließen sich auch günstige Infrarotlicht-Sensoren für Kompaktkameras oder Smartphones herstellen.

Dreimal höher Lichtempfindlichkeit als CMOS-Sensoren

Das Verfahren haben prof. Paolo Lugli und Dr. Daniela Baierl an der TU München entwickelt. Die Kunstsoff-Lösung wird dabei auf die Oberfläche von Bildsensoren aufgebracht. Dabei haben die Wissenschaftler sowohl Rotations- als auch Sprühverfahren getestet, um den Kunstsoff in seiner flüssigen, gelösten Form präzise und zugleich kostengünstig aufzubringen. Als beste Lösung stellt sich dabei eine wenige hundert Nanometer dünne Sprühbeschichtung heraus, die mit Hilfe eines einfachen Farbsprühgeräts oder eines Sprühroboters aufgebracht wird.

In nachfolgenden Test konnte dann bewiesen werden, dass die organischen Bildsensoren aus der Sprühdose dreimal lichtempfindlicher als herkömmliche CMOS-Sensoren sind. Bei CMOS-Sensoren verdecken die elektronischen Bauteile einen Teil der Pixel und damit der lichtaktiven Silizumfläche. Um den Lichteinfall auf die Pixel zu verstärken, werden in der Nachbearbeitung der CMOS-Sensoren z.B. Mikrolinsen aufgebracht. Bei den organischen Bildsensoren wird jeder Pixel inklusive seiner Elektronik mit der flüssigen Kunststofflösung besprüht und ihm so eine 100 Prozent lichtempfindliche Oberfläche verpasst. Die Sprühsensoren eigenen sich auf Grund ihres geringen Bildrauschens und der hohen Bildrate auch für Kameras.

Andere chemische Zusammensetzung, anderes Lichtspektrum

Das Verfahren eignet sich nicht nur für die sichtbaren Bereiche des Lichtspektrums: Mit einigen Abänderungen der chemischen Verbindungen ändert sich auch das erfassbare Lichtspektrum. So eignet sich z.B. eine Mischung der Polymere PCBM und P3HT dazu, sichtbares Licht einzufangen. Eine andere organische Verbindung, z.B. Squarainfarbstoffen, jedoch würde sich für das nahe Infrarot eignen. »Mit geeigneten organischen Verbindungen können wir neue Anwendungsgebiete erschließen, die bislang mit hohen Kosten verbunden waren«, so Prof. Paolo Lugli vom Lehrstuhl für Nanoelektronik. »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.«