Quantenpunkt-CMOS-Bildsensor für direkte Röntgen- und SWIR-Bildgebung
Das Schweizer Technologie-Innovationszentrum CSEM hat in Zusammenarbeit mit dem niederländischen Deep-Tech-Startup QDI Systems den weltweit ersten Bildsensor entwickelt, der Röntgenstrahlen direkt in elektronische Signale umwandelt und dabei Quantenpunkte (QDs) auf einer CMOS-Plattform verwendet.
Dieser revolutionäre Ansatz ermöglicht eine kompakte, kostengünstige und skalierbare Breitband-Bildgebung - von Röntgenstrahlen über das sichtbare bis hin zum kurzwelligen Infrarot (SWIR) - mit Anwendungen, die von einer sichereren medizinischen Diagnostik bis hin zu fortschrittlichen industriellen Inspektionen und intelligentem Recycling reichen.
Mikroskopische Aufnahme des Chips auf einer speziellen Platine.
Der Sensor nutzt eine aufgesprühte Schicht aus Quantenpunkten, nanoskaligen Halbleiterkristallen, die auf die Absorption verschiedener Wellenlängen abgestimmt sind und direkt auf Standard-CMOS-Chips aufgebracht werden - dieselbe kosteneffiziente Plattform, die in Smartphones verwendet wird. Dieses Direktkonversionsdesign macht sperrige Szintillatoren, komplexe Hybridverbindungen oder teure Materialien wie InGaAs überflüssig und eröffnet eine neue Klasse von leichten und erschwinglichen Sensoren.
Die wichtigsten technischen Vorteile sind:
- Direkte Röntgendetektion mit hoher räumlicher Auflösung
- Empfindlichkeit im Bereich von 400 bis 1300 nm, einschliesslich des sichtbaren Bereichs, des Nahinfrarots und des SWIR
- Nahezu 100 Prozent Füllfaktor bei gleichbleibender Pixeldichte und Leistungseffizienz
Für ein sichereres Gesundheitswesen und eine intelligentere Industrie
Durch die Kombination von Quantenpunkt-Photokonversion mit massenproduzierbarer CMOS-Technologie schafft dieser Sensor eine Brücke zwischen Leistung und Erschwinglichkeit in Bereichen, in denen fortschrittliche Bildgebung bisher zu teuer war:
- Gesundheitswesen: Tragbare Röntgengeräte und Mammographiesysteme mit reduzierter Strahlendosis
- Industrielle Inspektion: Zerstörungsfreie Prüfung von Flugzeugkomponenten und Maschinen
- Landwirtschaft und Recycling: SWIR-Bildgebung zur Überwachung des Gesundheitszustands von Pflanzen und zur Materialsortierung (zum Beispiel Kunststoffe, Gewebe, organische Stoffe)
«Diese Innovation ist ein Meilenstein für die multispektrale Bildgebung», sagt Nadim Maamari, Gruppenleiter für Edge AI und Vision Systems am CSEM. «Es handelt sich um eine Plattform, die Kosten- und Grössenbarrieren durchbricht und hochmoderne Bildgebung in Märkte bringt, die sie sich bisher nicht leisten konnten.»
Entstanden aus einer Innovation in der Luft- und Raumfahrt
Der Sensor wurde im Rahmen des vom CSEM geleiteten und vom EU-Programm Clean Sky 2 finanzierten Projekts Swissmodics entwickelt, mit zusätzlicher Unterstützung durch das Schweizer Staatssekretariat für Bildung, Forschung und Innovation (SBFI) im Rahmen der SwissChips-Initiative. Ursprünglich wurde die Technologie für die Einbettung in Flugzeugstrukturen entwickelt, um innere Schäden ohne Demontage zu erkennen. Heute bietet sie ein breites Spektrum an Bildgebungsvorteilen für verschiedene Branchen.