Diskussion: Was kommt nach CMOS-Sensoren?

[fuetti]

Seit einiger Zeit gibt es OLED-Displays, die inzwischen hochbrillante Bilder erzeugen können und preisgünstig herzustellen sind. Könnte man auch hier in Analogie zu Silizium-LEDs, die ja senden und empfangen können, nicht auch OLED-Bildsensoren herstellen?

Ja, daran wird tatsächlich gearbeitet, z.B. hier:

Detektorforschung: Organischer Phototransistor erkennt und speichert schwaches Licht

www.deutscheszentrumastrophysik.de

Vorteile:
- Krümmung des Bildfeldes ist kein Problem mehr. Somit werden weniger optische Elemente für die Bildfeldebnung gebraucht,
- Adaptive Optik könnte direkt mit dem flexiblen Sensorchip realisiert werden,
- Spektroskope werden einfacher,
- Kühlung wäre einfacher, da der Chip wesentlich dünner wäre,
- Herstellung vermutlich einfacher, da kein Vakuum benötigt wird. Somit wir der Chip billiger in der Massenproduktion.

Nachteile (bisher):
- hohes Rauschen,
- geringe Lichtempfindlichkeit,
- ausreichende Langzeitstabilität muss durch gute Kapselung erreicht werden.

Erinnert man sich an die Anfangsprobleme von CMOS im Vergleich zu CCD,
könnte das bei Lösung dieser Nachteile die Technologie der Zukunft in der Astrofotografie werden.

Was meint Ihr dazu?

Grüsse, Claus

 

[fuetti]

Hier ein paar Details zusammegestellt mit Hilfe von ChatGPT:

Physikalische Eigenschaften​

Eigenschaft	Silizium-CMOS	Organische OPD	Hybrid (OPD auf CMOS-Backplane)
Bandlücke / physikalische Grenze	fix (1,12 eV) → Cutoff ~1100 nm	frei wählbar (0,9–2,0 eV) → bis ~1400 nm möglich	Silizium-Limit für Auslese, organischer Layer bestimmt Spektrum
Max. QE	80–95 % möglich	40–65 % typischer Laborwert	theoretisch 70 %+ (Material + CMOS-Vorspannung optimiert)
Spektrale Formbarkeit	kaum	extrem hoch (chemisch „tunable“)	hoch (mehrere organische Layer möglich)
Pixelgröße	2–4 µm gängig	noch 10–50 µm (früh)	Pixelgröße = CMOS, OPD nur als Absorber

Rauschen & Dunkelstrom​

Eigenschaft	Silizium-CMOS	Organische OPD	Hybrid
Dunkelstrom	extrem niedrig (pA/cm²)	höher, je nach Material (nA–pA/cm²)	niedrig (organische Layer dünn + CMOS-Blocking-Layer)
Ausleserauschen	1–2 e⁻ / Pixel	variabel (oft > 10 e⁻)	CMOS definiert → niedrig
Shot Noise / SNR	sehr gut	derzeit mittel	gut bis sehr gut

Spektrale Empfindlichkeit​

Wellenlänge	Silizium-CMOS	Organische OPD	Hybrid
UV (300–400 nm)	gering	mittel–hoch (organisch gut kontrollierbar)	variabel
Visuell (400–700 nm)	sehr gut	50–65 % QE erreichbar	gut
NIR (700–900 nm)	abfallend	gut	gut
> 1000 nm	fast blind	bis ~1300–1400 nm erreichbar	ebenfalls bis ~1300–1400 nm

Kosten & Herstellbarkeit​

Thema	Silizium-CMOS	Organische OPD	Hybrid
Kosten pro Fläche	hoch	niedrig	mittel
CMOS-Fabs nötig?	ja	nein (Druck-/Beschichtungsmethoden möglich)	ja, aber einfacher als vollorganisch
Massenproduktion	ja	sehr gut (OLED-like)	ja

 

[heinrichl]

Seit einiger Zeit gibt es OLED-Displays, die inzwischen hochbrillante Bilder erzeugen können und preisgünstig herzustellen sind. Könnte man auch hier in Analogie zu Silizium-LEDs, die ja senden und empfangen können, nicht auch OLED-Bildsensoren herstellen?

Glaube ich nicht. Denn moderne CMOS Sensoren haben bereits eine QE von über 0.90, wenig Rauschen und sind kontraststark. Ein OLED Sensor bietet dazu keinen echte, vom Anwender stark wahrgenomme, Verbesserung. Kostet aber deutlich mehr.

Deshalb glaube ich, dass CMOS noch die nächsten 10 Jahre der Standard bleiben wird.

Für Spezialanwendungen könnte es mit der neuen Sony IMX99x InGaAs Sensor Reihe weiter in Richtung VIS-IR Kameras gehen. Erste Kameras gibt es davon schon.

Camera Selector

www.alliedvision.com

https://www.baslerweb.com/en-sg/cameras/#products

 

[fuetti]

Glaube ich nicht. Denn moderne CMOS Sensoren haben bereits eine QE von über 0.90, wenig Rauschen und sind kontraststark. Ein OLED Sensor bietet dazu keinen echte, vom Anwender stark wahrgenomme, Verbesserung. Kostet aber deutlich mehr.

Skeptiker?

Die Kosten sind kein stichhaltiges Kriterium. Warum? Weil sie stark vom Produktionsvolumen und Entwicklungsstand abhängen. Die organischen Sensoren sind noch in der Entwicklung und der Markteintritt ist schwer, da der Markt bereits besetzt ist. Das gleiche Problem hatten vor 20 Jahren die CMOS-Sensoren. Sie wurden als ungeeignet für Astro charakterisiert, da die Bildqualität sehr schlecht war. Ihr Vorteil war die einfachere Herstellung und das schnellere Auslesen fürs Filmen, dadurch konnten sie den Markt der billigen Webcams und Knipsen erobern.

Der Clue der Organischen ist auch die noch einfachere Herstellung. Das geht ohne Sputtern und ohne Hochvakuum, man kann sie quasi drucken. Das bedeutet, dass auch sehr große Sensoren damit preiswert herzustellen sind. Solche Chips könnte man im Prinzip zu Hause herstellen. Ein-Pixel-Detektoren mit werden tatsächlich von Studenten im Praktikum hergestellt. Daher könnten diese Chips im industriellen Prozess vermutlich noch sehr viel günstiger hergestellt werden.

Deshalb glaube ich, dass CMOS noch die nächsten 10 Jahre der Standard bleiben wird.

Ja, das denke ich auch.

Für Spezialanwendungen könnte es mit der neuen Sony IMX99x InGaAs Sensor Reihe weiter in Richtung VIS-IR Kameras gehen. Erste Kameras gibt es davon schon.

Camera Selector

www.alliedvision.com

Preis: 10.000 EUR. Markt: Nischenmarkt.

 

[heinrichl]

Also OLED Solarzellen, z.B. zur Elektrifizierung einer Outdoorjacke für Wander-Navi und zur Klimatisierung oder âhnlich, das kann ich mir wirklich sehr gut vorstellen. (Eine Solarzellen ist ja eine LED energetisch rückwärts).

Aber OLED Kamerasensoren? Nee!

Preis: 10.000 EUR. Markt: Nischenmarkt.

Und wenn ein InGaAs Kamerasensor irgendwann nur noch 500 Euro kostet? Welchen nimmste dann. Den der von 450 bis 700 nm geht, oder den der von 300 nm bis 2500 nm geht?

 

[fuetti]

Das werden wir sehen. Vielleicht kostet dann ein organischer Sensor 500 EUR für Kleinbildformat mit 95% QE und mehrlagig, so dass man gleichzeitig mehrere Spektralbereiche parallel ohne Auflösungsverlust aufnehmen kann (das wird gerade erforscht). Ich kann die Zukunft nicht prognostizieren... Aber was soll ich mich rechtfertigen. Du kaufst was Du willst. Hier geht es eher um Leute, die gerne über neue Technologien und neue Ansätze nachdenken/spekulieren.