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fraunhofer0317Optische Sensoren sind allgegenwärtig und so dienen CMOS-Kameras seit vielen Jahren in der Industrie als einfache und preiswerte Lösung für die automatisierte Bildverarbeitung. Das Fraunhofer-Institut für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP stellt nun eine neue Generation von organischen Photodioden auf Silizium (OPD-on-silicon) vor.

Herkömmliche, siliziumbasierte CMOS-Bildsensoren sind technologiebedingt auf einen eingeschränkten Wellenlängenbereich begrenzt. Sie sind üblicherweise auf den sichtbaren Teil des Lichtes eingestellt. Möchte man nun aber Licht im nahen Infrarot (NIR) detektieren, wird zumeist auf Hybridlösungen wie die Kombination von Indium-Gallium-Arsenid auf CMOS zurückgegriffen. Allerdings ist die Herstellung solcher Hybridlösungen deutlich kostenintensiver und fehleranfälliger als die Fertigung im Standard-CMOS-Prozess.

Hier bieten 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.

Erstmals stellt das Institut auf dem SEMI European Imaging + Sensors Summit 2017 ein Array von organischen Photodioden mit SVGA-Auflösung vor. Das sind 800 × 600 Pixel, die zur Detektion zur Verfügung stehen. Mit dem Exponat wurde nachgewiesen, 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 können auf dieser Grundlage kunden- und anwendungsspezifische organische Photodioden entwickelt und deren Eigenschaften auf den konkreten Anwendungsfall hin optimiert werden.

Der ausgestellte Bildsensor wurde komplett auf Waferlevel gefertigt und ist daher bereits produktionsnah. Mit seinem erweiterten Empfindlichkeitsbereich kann er in der gesamten Bandbreite herkömmlicher Anwendungen in der Industrie, dem Auto oder in der Medizin eingesetzt werden. So könnten sie bspw. bei der Qualitätskontrolle von Lebensmitteln, als Fingerabdrucksensoren oder bei biomedizinischen Tests genutzt werden.

Die Wissenschaftler stellen die neue Technologie nun Industriepartnern zur Verfügung, um gemeinsam mit ihnen optimierte organische Photodioden und -arrays als Bildsensoren für die jeweilige Anwendung in der Praxis zu entwickeln und herzustellen.
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