Beeldsensoren zoals die in mobiele telefoons worden ingebouwd, zijn in sommige gebieden kleurenblind. Dat ligt aan een laag die ultra-violet licht niet doorlaat. Daarom zijn deze CMOS-Chips tot nog toe niet geschikt voor spectroscopie. Een nieuw productieproces maakt deze laag transparant, waarmee de sensoren geschikt worden voor speciale toepassingen.
CMOS-beeldsensoren zijn al lang standaard in de consumentenelektronica, bijvoorbeeld in mobiele telefoons en digitale camera’s. Ook in andere toepassingsgebieden is de opmars niet te stoppen. Onder andere de automobielindustrie heeft de potentie van optische halfgeleiderchips en ontdekt en gebruikt ze steeds vaker in bestuurdersassistentiesystemen. Dit varieert van parkeerhulp en rijbaanherkenning tot aan dode hoek waarschuwsystemen
SiN-laag
Sensoren die lichtsignalen in elektrische pulsen omzetten, moeten bij speciale toepassingen veel kunnen verdragen zoals een hoge omgevings-temperatuur of vochtigheid. Daarom worden CMOS-componenten met een laag siliciumnitride (SiN) afgedekt. Deze chemische verbinding vormt een harde laag, die de sensor beschermt tegen mechanische schades en het binnendringen van vocht en ionen.
De beschermingslaag krijgt de sensor tijdens de laatste stap van het CMOS-halfgeleider proces. Deze zogeheten passivering wordt voorgeschreven door de industrie. Tot nu toe ontstaat hierdoor echter een probleem: de siliciumnitride laag stelt grenzen aan de optische toepassingsgebieden, want licht in het UV- en blauwe kleurenspectrum wordt niet doorgelaten. CMOS-sensoren voor industriële- of speciale camera’s zijn daarom gedeeltelijk kleurenblind.
Extra processtap
Onderzoekers van het Fraunhofer-Institut für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme (IMS) in Duisburg hebben een oplossing gevonden: Ze hebben een nieuwe processtap ontwikkeld waardoor een beschermlaag ontstaat die blauw licht en UV-licht doorlaat maar verder dezelfde eigenschappen heeft. De truc is het stikstofaandeel in de laag te verhogen, waardoor de zogenaamde bandbreedte wordt verhoogd.
Simpel gezegd betekent dit, dat het licht meer energie dan het UV-licht nodig heeft om door het materiaal geabsorbeerd te worden. De sensor is hiermee transparant geworden in het blauwe en het UV gebied. De CMOS-beeldsensoren zijn daardoor te gebruiken in het golflengtegebied tot 200 nm (bij de standaard passivering stopt dit bij ongeveer 450 nm). Om de structuur van de siliciumnitride laag te veranderen, moesten de onder-zoekers van Fraunhofer de parameters zoals druk en temperatuur bij de productie van de laag optimaliseren.
Dankzij deze procesontwikkeling hebben de onderzoekers het toepas-singsgebied van de CMOS-technologie uitgebreid. Dit zal vooral veran-deringen geven en de nauwkeurigheid verbeteren bij UV-spectroscopie, een techniek die nauwelijks uit de laboratoriumwereld is weg te denken. Ook zouden CMOS-beeldsensoren in de toekomst in de professionele microscopie zoals in fluorescentiemicroscopen kunnen worden gebruikt en de wetenschap beelden met meer details kunnen leveren.
