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TECHNOLOGIEN
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Siemens Corporate Technology
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Organische Fotodioden als Infrarot-Sensoren |
Forscher von Siemens Corporate Technology (CT) und den
Universitäten Linz und Karlsruhe (TH) haben organische Fotodioden
hergestellt, die sehr empfindlich für infrarote Strahlung mit
Wellenlängen über einem Mikrometer (µm) sind. Diese
Detektoren sind wichtig für viele Messverfahren, wie zum Beispiel
Gassensorik, Nachtsichtgeräte oder Krebsdiagnostik. Organische
Fotodioden mit Halbleiternanokristallen könnten hier erhebliche
Kostenersparnisse bringen. Ein Artikel über die Forschungen ist
soeben in der renommierten Fachzeitschrift Nature Photonics erschienen. Die Siemens-Forscher der Organischen Elektronik in Erlangen verwendeten
für ihre Dioden Quantenpunkte, das sind Halbleiterkristalle mit
wenigen Nanometern Durchmesser. Herkömmliche Fotodioden aus
Silizium sind für Strahlung über 1,1 m m Wellenlänge
nicht mehr empfindlich. Dafür greift man heute auf erheblich
teurere III/V-Halbleiter wie Gallium Arsenid zurück. Die neuen organischen Photodioden basieren dagegen nicht auf
kristallinen Halbleitern, sondern auf Kunststoffen. Der Vorteil liegt
in der Herstellung, die für großflächige Dioden sehr
günstig ist: Eine Lösung, die die Kunststoffe enthält,
wird auf ein Substrat aufgebracht. Die Kosten des Verfahrens sind
nahezu unabhängig von der Fläche. Der Preis kristalliner
Dioden hängt dagegen direkt von ihrer Größe ab. Die
Lösung enthält halbleitende Polymere und Fullerene, welche
die Rollen der Elektronendonatoren und -akzeptoren des Halbleiters
übernehmen. Für die Entwicklung von Fullerenen und
leitfähigen Polymeren wurden 1996 und 2000 die Nobelpreise
für Chemie vergeben. Organische Fotodioden detektieren vor allem sichtbares Licht, und
infrarote Strahlung nur bis etwa 1 µm Wellenlänge effizient.
Mit Quantenpunkten, die aus rund 50 Atomen bestehen, dehnen die
Forscher diesen Bereich bis zu 2 µm aus. Der
Empfindlichkeitsbereich wird von der charakteristischen
Bandlückenenergie der Halbleiter bestimmt. Diese Bandlücke
hängt direkt von der Anzahl der Atome und vom Durchmesser der
Halbleiternanokristalle ab. Die Forscher nutzen diesen
quantenmechanischen Effekt, um maßgeschneiderte
Empfindlichkeitsbereiche einzustellen. Mit ihrer Technik, Quantenpunkte in organische Dioden einzubetten,
erreichten sie Lebensdauern von mindestens einem Jahr. Die Messungen
zeigen zudem außerordentlich hohe Quanteneffizienzen, das
heißt, die Dioden verwandeln das einfallende Licht sehr effizient
in elektrischen Strom. Mit einem 256 x 256 Pixel Bildsensor zeigen die
Forscher, dass die Technik selbst auf einer Aktiv-Matrix-Schaltung
eingesetzt werden kann. Damit demonstrieren sie erstmals, dass
lösungsbasierte Halbleiternanokristalle für industrielle
Bildgebungsverfahren geeignet sind.
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