imec, wereldleider in 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. Het detecteren van infraroodlicht biedt tal van voordelen; denk maar aan camera’s in voertuigen die door rook of mist kunnen ‘kijken’ en smartphones die ontgrendelen via gezichtsherkenning.
Pawel Malinowski, imec Program Manager ‘Pixel Innovations
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 voor superieure beeldkwaliteit
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 (i.p.v. 3D) structuur van dunne lagen halfgeleidend materiaal, zijn ze ideaal 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. Of ze kunnen in voedselsorteersystemen gebruikt worden 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.
Imec doorbreekt grenzen
“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’.
The Dutch High-Tech high-performance ecosysteem. You can request a copy from Link magazine: mireille.vanginkel@linkmagazine.nl
De bevindingen zijn gepubliceerd in de augustus 2023 editie van Nature Electronics: ‘Thin-film image sensors with a pinned photodiode structure’.
Met meer dan 5.500 medewerkers van overal ter wereld, topwetenschappers en experten in verschillende onderzoeksdisciplines, een zeer geavanceerde R&D infrastructuur, en een uitgebreid partnernetwerk van wereldleiders uit de hightech-industrie, farma, ICT, … Vlaamse en internationale bedrijven, start-ups, de academische wereld en kenniscentra, is imec ‘s werelds grootste onafhankelijke onderzoekscentrum in nano-elektronica en digitale technologie. Imecs onderzoek omvat geavanceerde halfgeleidertechnologie en siliciumfotonica, oplossingen voor slimme gezondheidzorg, duurzame energie, duurzame mobiliteit en slimme steden, artificiële intelligentie, 5G-communicatie en sensortechnologieën en nog veel meer.
Imec zet zijn expertise en industrieel netwerk ook in om duurzame maatschappelijke impact in Vlaanderen te creëren. Zo ondersteunt imec zowel kleinere organisaties die over beperkte R&D-middelen beschikken als grotere bedrijven in hun innovatieproces. Imec draagt als strategisch onderzoekscentrum en actieve speler in netwerkorganisaties en sectorfederaties bij aan het innovatienetwerk in Vlaanderen door de publieke sector en private sector in Vlaanderen samen te brengen, de uitwisseling van open data mogelijk te maken, en kennisuitwisseling te stimuleren.
Imec heeft zijn hoofdkantoor in Leuven, onderzoeksgroepen verspreid over de Vlaamse universiteiten, in Nederland, en VS, en vertegenwoordiging in 3 continenten. In 2022 bedroegen de bedrijfsopbrengsten van imec 846 miljoen euro.
