imec, een Belgisch onderzoekslab op het gebied van nano-elektronica en digitale technologieën, is er voor het eerst in geslaagd om een gepinde fotodiode-structuur te integreren in dunne-film-beeldsensoren. Deze doorbraak, die gepubliceerd werd in het vakblad Nature Electronics, maakt het mogelijk om infraroodlicht nauwkeuriger en goedkoper te detecteren.
Terwijl zichtbaar licht wordt gedetecteerd via op silicium gebaseerde sensoren, zijn voor langere golflengtes, zoals infrarood, andere halfgeleiders nodig. Die andere materialen zijn duurder, waardoor de toepassingen gelimiteerd zijn, hoewel de interesse vanuit de industrie aanzienlijk is. Dunne-film-sensoren bieden een mogelijke oplossing omwille van hun betaalbaar productieproces, waarbij dunne laagjes halfgeleidend materiaal op een substraat worden aangebracht, maar hebben momenteel nog een lage beeldkwaliteit.
Gepinde fotodiode structuur
De hoge beeldkwaliteit van zichtbaar-licht-camera’s is onder meer te danken aan de extra gepinde fotodiode-structuur die geïncorporeerd zit in silicium-sensoren. Tot nog toe was het echter niet mogelijk om deze structuur te incorporeren in andere halfgeleidersystemen. Nu toont imec voor de eerste keer een succesvolle integratie van deze gepinde fotodiode-structuur in dunne-film beeldsensoren. Hierdoor kunnen infraroodbeelden met meer precisie en detail worden vastgelegd.
De toepassingen van dit soort infraroodsensoren zijn eindeloos. Dankzij hun kleinere 2D (in plaats van 3D) structuur van dunne lagen halfgeleidend materiaal, zijn ze ideaal voor toepassingen waar ruimte en gewicht van belang zijn. Ze effenen ook de weg voor betaalbare infraroodcamera’s. Of ze kunnen in sorteersystemen gebruikt worden om subtiele beschadigingen van een product te onderscheiden.
“Dankzij imecs gecombineerde expertise in beeldsensoren en dunne-film fotodioden en -transistoren, hebben we huidige beperkingen van pixels overtroffen. Onze onderzoekers vonden een manier om de best presterende korte-golf-infrarood pixel te produceren op een betaalbare manier. We kijken uit naar verdere innovatie in samenwerking met industriële partners, zoals optimalisatie en opschaling van het productieproces van de dunne-film sensoren," zegt Pawel Malinowski, imec Program Manager Pixel Innovations.