Photo- und Teilchendetektoren – BFO als energieeffizienter Detektor

Mit BFO können neuartige CCD- und CMOS-Sensoren für energieeffizientere Photo- und Teilchendetektoren entwickelt werden. Ein aktiver Pixelsensor ist ein Halbleiterdetektor zur Lichtmessung, welcher in CMOS-Technologie gefertigt ist. CCD-Sensoren sind ebenfalls lichtempfindliche elektronische Bauelemente, die auf dem inneren Photoeffekt beruhen.

CMOS- und CCD-Sensoren unterscheiden sich durch die Anzahl von Pixeln, die jeweils auf eine Verstärkerschaltung zum Auslesen eines Signals kommen: Bei CMOS-Sensoren enthält jedes Bildelement eine Verstärkerschaltung, bei CCD-Sensoren hingegen werden einzelne Verstärker für mehrere Pixel verwendet. Dadurch haben CMOS-Sensoren bspw. im kurzwelligen Infrarotbereich eine höhere Empfindlichkeit als CCD-Sensoren, CCD-Sensoren dagegen im Bereich sichtbaren Lichts. Durch ihre hohe Empfindlichkeit finden CCD-Sensoren in der Bildaufnahme Verwendung, bspw. in der Astronomie oder Fotometrie, aber auch in der allgemeinen Digitalfotografie sowie in Scannern und Kopierern. CMOS-Sensoren werden für Digitalfotografie, Videokameras und die Kamerafunktion in Mobiltelefonen verwendet, zunehmend auch für Sicherheitssysteme in Autos.

BFO-beschichtete MOS-Detektoren ermöglichen einen neuen Detektionsmechanismus für Photonen und Teilchen, da aufgrund der durch den BFO-Dünnfilm verursachten Stabilisierung die Kapazitätscharakteristik der Detektoren so stabilisiert wird, dass der durch das Auftreffen von Photonen und Teilchen entstehende Kapazitätsunterschied als Messwert für deren Anzahl verwendet werden kann. Bei unbeschichteten MOS-Detektoren eignet sich die Kapazität nicht als Messgröße, da auftreffende Photonen und Teilchen die Kapazität des Detektors derartig nachhaltig verändern, dass vom gemessenen Kapazitätsunterschied nicht mehr direkt auf die Photonen- bzw. Teilchenanzahl zurückgerechnet werden kann. Die Beschichtung mit einem BFO-Dünnfilm ermöglicht daher eine deutlich energieeffizientere in-situ-Detektion von Licht und Teilchen, welche in die Größenordnung von zwei Größenordnungen reicht.

 

Herkömmlicher CMOS-Sensor aus dem Bereich Imaging(Urheber: Flickr-User WolfVision_vSolution)
Schema eines BFO-beschichteten MOS-Detektors