UV-Licht sichtbar machen

Erweiterter Spektralbereich für CCD-/CMOS-Sensoren

Während die Weiterentwicklung moderner Bildsensoren in vielen Bereichen große Sprünge macht, wurde ein Aspekt bislang wenig beachtet: die UV-Sensibilität. Dabei ist vor allem für die Analytik die Detektion von Licht im ultravioletten Spektralbereich ein Thema – bestimmt sie doch die Möglichkeiten und die Qualität in der Spektroskopie. Speziell hierfür konstruierte Sensoren sind immer noch extrem teuer und teilweise auf UV-Licht beschränkt. Eine Alternative dazu bietet eine fluoreszierende Beschichtung, die bei UV-Bestrahlung sichtbares Licht abgibt.
Der bisher übliche, manuelle Auftrag erbringt jedoch nur ungleichmäßige Resultate und beschädigt oft den Sensor. Eureca Messtechnik hat daher in einem dreijährigen Forschungsprojekt eine neue Möglichkeit zur kontrollierbaren Beschichtung entwickelt. Da das Verfahren UV-sensible Sensoren deutlich günstiger macht und damit der steigenden Nachfrage begegnet, wurde die Entwicklung auch vom Zentralen Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM) gefördert. Herzstück der Technik ist Lumigen, das unter UV-Licht sichtbar grün fluoresziert und dadurch die eigentlich unsichtbare Strahlung für herkömmliche CCD- und CMOS-Sensoren erfassbar macht. Für hochwertige Anwendungen – wie etwa präzise Spektroskope – ist hierbei eine sehr homogene Beschichtung der lichtempfindlichen Sensoren notwendig, weshalb ein Auftrag von Hand nicht die notwendige Qualität bietet. Zumal die Gefahr besteht, dass Kontakte oder Oberflächen durch die Berührung Schaden nehmen.

Homogene und reproduzierbare Beschichtung

Die entwickelte Methode nutzt daher ein modifiziertes physical-vapour-deposition-Verfahren (PVD), das berührungslos funktioniert und reproduzierbare, einheitliche Schichtdicken liefert. Dazu wird zunächst das Deckglas des zu beschichtenden Bauteils in einem auf den jeweiligen Sensortypen ausgelegten Verfahren entfernt und der Sensor gereinigt. Anschließend wird er in einer Spezialhalterung in eine Vakuumkammer gebracht, in der das Lumigen während des Beschichtungsvorgangs auf der Sensoroberfläche homogen abgeschieden wird. Hiernach wird der Sensor unter Schutzgas wieder mit einem Deckglas oder einer Schutzfolie versehen. Über die Steuerung der jeweiligen Prozessparameter lässt sich die für die jeweilige Anwendung optimale Schicht herstellen. So führen z.B. dickere Schichten zu einer größeren Streuung des einfallenden Lichtes und können dadurch zur Minderung von Interferenzen eingesetzt werden. „Ähnliches gilt auch für die Beschichtung von Mikrolinsen, bei denen die besondere Oberflächenbeschaffenheiten eine Herausforderung für eine gute und homogene Schicht darstellen“, erklärt Karsten Sengebusch, einer der Geschäftsführer von Eureca. Hierfür entwickelte das Unternehmen im Rahmen seiner Forschungen auch Methoden zum Analysieren der Schichten.

UV-Licht bis 100nm erfassen

Generell erweitert die Behandlung den nutzbaren Spektralbereich von Photosensoren am unteren Ende von 450nm auf 200nm, unter Idealbedingungen sogar auf bis zu 100nm. Oberhalb von 500nm ist das Material dagegen nahezu transparent, sodass die Empfindlichkeit für Licht des sichtbaren und des Nah-Infrarot-Spektrums nur wenig beeinträchtigt wird. Die Lebensdauer der Beschichtung hängt vornehmlich von der Höhe der Strahlungsintensität, der Wellenlänge und den Temperaturen ab, denen sie ausgesetzt ist, sowie von der Expositionsdauer. Erfahrungen mit gängigen Spektrometern haben gezeigt, dass bei den hier verwendeten kurzen Lichtbögen die Schicht problemlos mehrere Jahre hält. Die UV-Sensitivierung per Lumigen eignet sich prinzipiell für verschiedene Arten von Sensoren – darunter auch Flächensensoren zur Analyse von Lasern. Für eine optimale optische Kopplung bieten sich Sensoren mit geeigneten Pixelgeometrien an, z.B. längliche Pixel, wie sie häufig in Spektrometern zu finden sind. Die neue Beschichtungstechnologie funktioniert jedoch unabhängig von der Art und Geometrie des Sensors und lässt sich daher auf fast alle am Markt erhältlichen Typen anwenden. Eureca hat ein Sortiment unterschiedlicher Modelle mit Beschichtung im Angebot, auf Anfrage lassen sich auch andere Sensoren veredeln.

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