TFA-Sensor

TFA-Sensoren sind auf CMOS-ASICs basierende elektrische Schaltkreise, die als optische Sensoren, z. B. Bildgeber eingesetzt werden können. Der Name leitet sich her von dem englischen Begriff "thin film on asic". Durch Aufdampfen einer Dünnschicht aus amorphem Silizium wird auf einem zuvor hergestellten ASIC eine optisch aktive Mehrfachschicht erzeugt, welche eine Photodiode darstellt. Hierdurch werden die ASICs äußerst lichtempfindlich. Die TFA-Technologie ermöglicht eine besonders kostengünstige Fertigung leistungsfähiger Bildsensoren und ist gleichzeitig gut geeignet für die Integration von Pixelelektronik zur Realisierung intelligenter Bildsensoren. Sie geht zurück auf die Erfindung der Multispektralphotodiode der Universität Siegen und die Weiterentwicklungen durch die ehemalige Firma Silicon Vision.

Auszeichnungen

Für die Erfindung der TFA-Sensoren wurde Prof. Dr. M. Böhm der Universität Siegen im Jahre 1996 mit dem Phillip Morris Preis ausgezeichnet.

Vorteile und Nachteile

Im Gegensatz zu den herkömmlichen Technologien, wie z. B. CCDs, ermöglicht die TFA-Technologie eine 3D-Integration von Photodetektoren sowie die Bildvorverarbeitung im ASIC. Dies ermöglicht – bei gleicher Funktionalität – eine größere Pixelzahl, da nur ein Pixel für alle Farben benötigt wird, allerdings müssen die 3 Farben nacheinander ausgelesen werden, was die benötigte Belichtungszeit erhöht.

Die als TFA-Schicht verwendeten Materialien lassen eine wesentlich höhere Dynamik zu, als z.B. bei CCDs.

Durch die Verwendung zweier Prozessschritte und Prozesstechnologien können die beiden Komponenten leichter unabhängig voneinander optimiert werden, da in der optisch aktiven TFA-Schicht gezielt auf optische Randbedingungen hinoptimiert werden kann.

Wegen der Verwendung amorphen Siliziums als lichtempfindliche Schicht sind diese Sensoren jedoch empfindlich gegenüber dem Staebler-Wronski-Effekt. In der TFA-Schicht sind die immer im amorphen Silizium vorkommenden Kristallfehler und damit offenen Bindungen durch Wasserstoffatome gesättigt. Im Bereich des sichtbaren Lichts besitzen die Photonen jedoch eine ausreichende Energie, um diese Silizium-Wasserstoff Bindungen aufzubrechen. Mit zunehmender Strahlungsmenge steigt daher der Leckstrom der Sensoren. Dies kann soweit führen, das sich starke Lichtquellen „einbrennen“.