Optische Sensoren sind allgegenwärtig. So sind beispielsweise Digitalkameras mit CMOS-Detektoren seit vielen Jahren unverzichtbare Urlaubsbegleiter. In der Industrie dienen sie als einfache und kostengünstige Lösung für die automatisierte Bildverarbeitung (z.B. in der Qualitätskontrolle, bei der Anwesenheits- und Positionserkennung und beim Zählen in Fördersystemen oder der Objekterkennung in der Lagerlogistik). Sie können auch in der Medizintechnik für die diagnostische Bildverarbeitung eingesetzt werden. Es gibt viele zukünftige Anwendungen im Bereich der autonomen Fahrzeuge, die bereits heute absehbar sind.

Motivation

Der detektierbare Spektralbereich von CMOS-Sensoren ist oft auf den sichtbaren Wellenlängenbereich beschränkt. Die oben genannten Anwendungen benötigen jedoch teilweise eine Erkennung außerhalb dieses Bereichs – zum Beispiel im nahen Infrarot (NIR).

Diese Funktionalität wird in der Regel durch Hybridlösungen wie eine Kombination von Indium-Gallium-Arsenid (InGaAs)-Detektoren auf CMOS-Ausleseschaltungen realisiert. Allerdings ist die Herstellung dieser Art von Hybridlösungen wesentlich kostspieliger, was den Einsatz in einigen Anwendungen einschränkt.

Lösung

Organische Photodioden stellen eine interessante Alternative dar, da sie monolithisch auf Wafer-Ebene über hochleistungsfähige CMOS-Ausleseschaltungen integriert werden können.

Das Fraunhofer IPMS verfügt über umfangreiche Erfahrungen bei der Integration organischer Schichten auf CMOS-Wafern. Bislang lag der Schwerpunkt auf der Integration von emittierenden Schichten für OLED-Mikrodisplays. Dieses Know-how in der Verarbeitung kann auch für die Integration von organischen Photodioden (OPD) genutzt werden.

Vorführer

Zu Demonstrationszwecken wurde ein erster ASIC entwickelt, der die Möglichkeit bietet, eine organische Schicht mit SVGA-Auflösung (800 × 600 Pixel) auszulesen. Dieser Bildsensor wurde vollständig auf Waferebene und damit bereits unter produktionsähnlichen Bedingungen hergestellt. Mit seinem erweiterten Empfindlichkeitsbereich kann der Imager über die gesamte Bandbreite herkömmlicher Anwendungen in der Industrie, dem Automobilsektor und der Medizin eingesetzt werden. Mögliche Anwendungsbeispiele sind Fahrerassistenzsysteme, Qualitätskontrolle von Lebensmitteln, optische Fingerabdrucksensoren oder biomedizinische Tests.

Der implementierte Demonstrator bildet eine Plattform für kundenspezifische Sensorentwicklungen, die durch Anpassung und Optimierung des organischen Schichtsystems ermöglicht werden. Gleichzeitig erleichtert er den Einstieg in diese Art der Entwicklung, da eine bestehende Entwicklungsumgebung, bestehend aus einem ASIC-Auslesechip, einer Steuerelektronik und Software, genutzt werden kann.

Unser Angebot

• Evaluierungskit eines ersten OPD-Sensors mit Ausleseelektronik über USB-Schnittstelle und einfach zu bedienender Konfiguration des Bildsensors über Konfigurationssoftware
• Bewertung von organischen Sensorschichten
• Kundenspezifische Anpassung des organischen Sensorschichtsystems an die anwendungsspezifischen Bedürfnisse und Wellenlängen
• CMOS-Backplane-Design zur Anpassung der Sensorleistung wie z.B. Auflösung, Pixel- und Sensorgröße, Framerate oder zur Einhaltung bestimmter organischer Schichten
• Anwendungsstudien zu neuen Bildsensoren auf der Basis von organischen Photodioden

Das Fraunhofer IPMS steht für kundenspezifische Entwicklungen, das Prototyping und die Fertigung von Kleinserien bereit und zur Verfügung. Zusammen mit einem etablierten Fertigungspartner können wir auch höhere Stückzahlen kommerziell anbieten.