29/08/2023
Door Ad Spijkers
Onderzoekers van Imec bereiken een doorbraak in beeldsensoren voor detectie van infrarood licht.
Imec in Leuven is er in geslaagd om een gepinde fotodiode-structuur te integreren in dunne-film-beeldsensoren. Dit maakt het mogelijk om infraroodlicht nauwkeuriger en goedkoper te detecteren. Het detecteren van infraroodlicht biedt tal van voordelen. U kunt denken aan camera's in voertuigen die door rook of mist kunnen 'kijken' en smartphones die ontgrendelen via gezichtsherkenning.
Beeldsensoren
Zichtbaar licht wordt gedetecteerd via op silicium gebaseerde sensoren, maar voor langere golflengtes zoals infrarood zijn andere halfgeleiders nodig. Die materialen zijn duurder, waardoor de toepassingen gelimiteerd zijn, hoewel de interesse vanuit de industrie aanzienlijk is. Dunne-film-sensoren bieden een mogelijke oplossing dankzij van hun betaalbaar productieproces. Bij deze techniek worden dunne laagjes halfgeleidend materiaal op een substraat aangebracht. Ze hebben momenteel echter nog een lage beeldkwaliteit.
De hoge beeldkwaliteit van zichtbaar-licht-camera’s is onder meer te danken aan de extra gepinde fotodiode-structuur die ingebakken zit in silicium-sensoren. Tot nog toe was het niet mogelijk om deze structuur te integreren in andere halfgeleidersystemen. Imec heeft voor de eerste keer een succesvolle integratie van deze gepinde fotodiode-structuur in dunne-film beeldsensoren gerealiseerd. Hierdoor kunnen infraroodbeelden met meer precisie en detail worden vastgelegd.
Toepassingen
De toepassingen van dit soort infraroodsensoren zijn eindeloos. Dankzij hun kleinere 2D structuur (in plaats van 3D)van dunne lagen halfgeleidend materiaal, zijn ze geschikt voor toepassingen waar ruimte en gewicht van belang zijn, zoals smartphones. Ze effenen ook de weg voor betaalbare infraroodcamera’s die bijvoorbeeld bosbranden in een vroeg stadium kunnen detecteren. Ook kunnen ze worden gebruikt in voedselsorteersystemen om een onderhuids gedeukte van een verse appel te onderscheiden. Tenslotte, waar de huidige rijhulpsystemen moeite hebben om objecten of mensen te detecteren bij slechte weersomstandigheden, kunnen infraroodsensoren geïntegreerd in voertuigen de rijveiligheid verhogen dankzij verbeterd zicht.
Dankzij Imec's gecombineerde expertise in beeldsensoren en dunne-film fotodioden en -transistoren, kon het instituut de huidige beperkingen van pixels overtreffen. De onderzoekers vonden een manier om de best presterende korte-golf-infrarood pixel te produceren op een betaalbare manier. Ze willen verder innoveren in samenwerking met industriële partners, zoals optimalisatie en opschaling van het productieproces van de dunne-film sensoren.
De wetenschappelijke publicatie vindt u hier.
Foto: Imec