Digitalfotografie: Beschichtung macht Bildsensoren lichtempfindlicher

Durch eine Beschichtung mit einem organischen Kunststoff werden CMOS-Sensoren lichtempfindlicher und weisen ein besseres Rauschverhalten auf. Wird die Zusammensetzung des Kunststoffs verändert, fängt der Sensor auch Infrarotlicht.

Artikel veröffentlicht am 22. Januar 2013, 19:24 Uhr, Werner Pluta

Beschichteter CMOS-Chip: günstige Sensoren für Nachtsicht-Fahrassistenten (Bild: A. Heddergott/TUM)

Mehr ISO und weniger Rauschen - das verspricht eine Entwicklung von Wissenschaftlern der Technischen Universität München (TUM): Sie sprühen eine Lösung auf die Bildsensoren, wodurch diese leistungsfähiger werden. Die Forscher stellen ihre Entwicklung in der Fachzeitschrift Nature vor.

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Die Beschichtung mit einem organischen Kunststoff kann außer auf einen Chip auch auf eine Folie aufgebracht werden. (Foto: U. Benz/TUM)

Ausgangspunkt sind herkömmliche CMOS-Sensoren. Diese werden mit einem Film aus einem elektrisch leitenden Polymer überzogen. Der organische Kunststoff, der nur wenige hundert Nanometer dick ist, wird mit einem Farbsprühgerät oder einem Sprühroboter aufgebracht. Wichtig sei, dass die Lösung sehr gleichmäßig und ohne Fehler verteilt werde, erklären die Forscher um Paolo Lugli und Daniela Baierl.

Mikrolinsen für mehr Lichteinfall

Bei einem CMOS-Chip sind Teile der Bildpunkte durch elektronische Bauteile verdeckt, wodurch Lichtempfindlichkeit verloren geht. Um das zu kompensieren, werden die Sensoren mit Mikrolinsen ausgestattet, die den Lichteinfall auf die Pixel verstärken sollen.

Die Beschichtung macht diese Nachbearbeitung überflüssig: Die Bildpunkte werden vollständig inklusive der Elektronik mit der Lösung bedeckt. Damit ist die ganze Oberfläche des Pixels lichtempfindlich. In Tests seien die beschichten Sensoren bis zu dreimal lichtempfindlicher als herkömmliche Sensoren gewesen, erklären die Forscher. Sie wiesen auch ein besseres Rauschverhalten sowie eine hohe Bildrate auf.

Die Kunststoffbeschichtung ermöglicht zudem andere Bilder: Je nach Zusammensetzung bildet der Sensor auch Licht in anderen Bereichen als dem sichtbaren Spektrum ab, etwa im Infrarotbereich. "Mit geeigneten organischen Verbindungen können wir neue Anwendungsgebiete erschließen, die bislang mit hohen Kosten verbunden waren", sagt Lugli. So könnten künftig auf dieser Basis beispielsweise Infrarotsensoren für Nachtsicht-Fahrassistenten hergestellt werden.