CMOS Image Sensors – Zeilensensoren

Die optische Spektroskopie ist eine Basistechnologie mit großer Hebelwirkung im industriellen und im wissenschaftlichen Bereich, wo sie durch immer genauere Analyse von Materialien hilft, neue Verfahren zu entwickeln, Fertigungsprozesse zu optimieren und zu kontrollieren oder Kontaminationen in der Umwelt oder in Lebensmitteln zu erkennen. Die charakteristischen Wellenlängen vieler Elemente liegen im kurzwelligen Bereich des Spektrums, so dass die entsprechenden Photosensoren in diesem Bereich möglichst empfindlich sein müssen. Heute nimmt man hierfür in der Regel Photosensoren, die auf der CCD-Technik (Charge Coupled Device) basieren. CCDs sind prinzipbedingt nicht in der Lage, mit hoher zeitlicher Auflösung bei einem der wichtigsten spektroskopischen Verfahren (Emissionsspektroskopie, bei der die Anregung durch Laser oder elektrische Funken erfolgt) den Anregungspuls auszublenden. Dies führt dazu, dass das Messsignal in sehr starkem Maße vom Anregungspuls dominiert und dadurch die Dynamik des nutzbaren Signals stark eingeschränkt wird. Dadurch wird die Nachweisschwelle für Elemente mit geringer Konzentration stark verschlechtert.

Das Fraunhofer IMS stellt mit seiner CMOS-Technologie eine Alternative zur Verfügung, mit der sich diese Probleme lösen lassen. Die Vorteile bestehen unter anderem in der Möglichkeit, sehr schnelle Sensoren und eine große Vielfalt von Detektoren mit unterschiedlichen Eigenschaften (hohe Empfindlichkeit, geringes Rauschen, hohe Dynamik, um nur einige zu nennen) zu realisieren, komplexe Signalverarbeitung direkt auf dem Chip vorzunehmen und nicht zuletzt in der kostengünstigen Herstellung. Der kurzwellige Spektralbereich von UV (380-200 nm) und Vakuum-UV (200-100 nm) ist in der spektroskopischen Analytik von vorrangiger Bedeutung. So finden sich in diesen Wellenlängenbereichen die charakteristischen Linien von Selen (193 nm) und Arsen (um 197 nm), Phosphor, Schwefel, Kohlenstoff im Bereich bis 165 nm und die Halogene (Cl, Br, Iod, bis 120 nm). Diese Spektrallinien werden durch IMS-Spezialprozessschritte wie Dünnen und Anti-Reflex-Coating erfasst.