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Organische Photodioden detektieren Licht im nahen Infrarot

Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Forscher des Fraunhofer FEP haben einen Bildsensor basierend auf organischen Photodioden entwickelt, mit dem sich kostengünstig Licht im nahen Infrarot (NIR) detektieren lässt.

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Bildsensor basierend auf organischen Photodioden auf Silizium in einer typischen Kameraanwendung. Im Hintergrund: NIR-Bild.
Bildsensor basierend auf organischen Photodioden auf Silizium in einer typischen Kameraanwendung. Im Hintergrund: NIR-Bild.
(Bild: FEP / Juergen Loesel)

Optische Sensoren finden sich beispielsweise in CMOS-Kameras oder sie dienen in der Industrie als einfache und preiswerte Lösung für die automatisierte Bildverarbeitung bei Qualitätskontrollen, bei der berührungslosen Anwesenheitserkennung und -zählung in Förderstrecken oder zur Positionsbestimmung und Objekterkennung in der Lagerlogistik.

Auch in der Medizintechnik können sie in bildgebenden Diagnoseverfahren zum Einsatz kommen. Zukünftig sind vielfältige Anwendungen beim autonomen Fahren bereits jetzt absehbar. Herkömmliche, siliziumbasierte CMOS-Bildsensoren sind jedoch technologiebedingt auf einen eingeschränkten Wellenlängenbereich begrenzt. Sie sind üblicherweise auf den sichtbaren Teil des Lichtes eingestellt.

Licht im nahen Infrarot detektieren

Möchte man aber Licht im nahen Infrarot (NIR) detektieren, wird zumeist auf Hybridlösungen wie die Kombination von Indium-Gallium-Arsenid (InGaAs) auf CMOS zurückgegriffen. Allerdings ist die Herstellung solcher Hybridlösungen deutlich kostenintensiver und fehleranfälliger als die Fertigung im Standard-CMOS-Prozess. Organische Photodioden eine Alternative. Die organischen Schichten sind einfach auf Waferlevel integrierbar und daher kostengünstig. Gleichzeitig haben sie je nach Materialsystem auch außerhalb des sichtbaren Wellenlängenbereichs eine hohe Sensitivität.

Das Fraunhofer FEP hat langjährige Erfahrung auf dem Gebiet der Integration organischer Schichten auf CMOS-Wafer. Die unterschiedlichen OLED-Mikrodisplays, welche hochaufgelöst und stromsparend sind sowie mit integrierter Kamerafunktion sein können, sind außerdem mit Sensoren wie Fingerabdrucksensoren, Durchflusssensoren oder Lichtschranken ausgestattet und wurden bereits entwickelt und gefertigt.

So bietet das Fraunhofer FEP erstmals ein Array von organischen Photodioden mit SVGA-Auflösung mit 800 × 600 Pixel. Die Entwickler konnten nachweisen, dass es grundsätzlich möglich ist, eine hochaufgelöste organische Photodiodenmatrix in dieser Größenordnung zu fertigen. Sie ist im Wellenlängenbereich bis 1000 nm empfindlich. Mit entsprechenden Materialanpassungen lassen sich kunden- und anwendungsspezifische organische Photodioden entwickeln und deren Eigenschaften auf den konkreten Anwendungsfall hin optimieren.

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