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2026-03-14T09:59:59Z

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'''TFA-Sensoren''' sind auf [[Complementary Metal Oxide Semiconductor|CMOS]]-[[Anwendungsspezifische integrierte Schaltung|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".<ref>{{Literatur |Autor=M. Böhm, F. Blecher, A. Eckhardt, B. Schneider, S. Benthien |Titel=High Dynamic Range Image Sensors in Thin Film on ASIC Technology for Automotive Applications |Sammelwerk=Advanced Microsystems for Automotive Applications 98 |Verlag=Springer Berlin Heidelberg |Ort=Berlin, Heidelberg |Datum=1998 |Sprache=en |ISBN=978-3-662-38795-5 |DOI=10.1007/978-3-662-39696-4_15 |Seiten=157–172 |Online=https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-662-39696-4_15 |Abruf=2021-06-18}}</ref> Sie geht zurück auf die Erfindung der [[Optisches Spektrum|Multispektral]]-[[Photodiode]] der [[Universität Siegen]] im Jahre 1994.<ref>{{Literatur |Autor=Q. Zhu, H. Stiebig, P. Rieve, H. Fischer, M. Böhm |Titel=A Novel α-Si(C):H Color Sensor Array |Sammelwerk=MRS Proceedings |Band=336 |Verlag=Springer |Datum=1994-12-01 |Sprache=en |ISSN=0272-9172 |DOI=10.1557/PROC-336-843 |Seiten=843 |Online=https://link.springer.com/article/10.1557/PROC-336-843 |Abruf=2021-06-18}}</ref>

== Aufbau ==
Durch Aufdampfen einer [[Dünnschicht]] aus [[Amorphes Silicium|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 [[Bildsensor]]en und ist gleichzeitig gut geeignet für die Integration von [[Pixel]]<nowiki/>elektronik zur Realisierung intelligenter Bildsensoren.<ref>{{Internetquelle |autor=Juergen Schuhmacher |url=http://www.geocities.ws/Colosseum/Track/9393/diplomarbeit.html |titel=programmierbare TFA-Kamera für Dünnschichtsensoren |werk=Universität Siegen |hrsg=ZESS |datum=1997-06-01 |abruf=2021-06-18}}</ref> Weiterentwicklungen erfolgten durch die ehemalige Firma [[Silicon Vision]].<ref>{{Internetquelle |url=https://halbleiter-scout.de/hersteller_firmen/silicon-vision-ag/ |titel=Silicon Vision AG |werk=halbleiter-scout.de |datum=1999-01-01 |abruf=2021-06-18}}</ref> Diese wurde jedoch im Jahre 2003 nach Insolvenz durch [[Infineon]] aufgekauft.<ref>{{Internetquelle |autor=Torge Löding |url=https://www.heise.de/newsticker/meldung/Infineon-uebernimmt-Werk-der-insolventen-Silicon-Vision-AG-73199.html |titel=Infineon übernimmt Werk der insolventen Silicon Vision AG |titelerg=Der Halbleiterhersteller Infineon übernimmt die Fabrik der insolventen Silicon Vision AG in Boxdorf bei Dresden |hrsg=heise online |datum=2003-01-17 |abruf=2021-06-18}}</ref>

== Anwendungen ==
Derzeit gibt es weltweit keinen Anbieter für kommerzielle TFA-Bildsensoren in der patentierten NIPIN-Schichtenfolge, die zur Farbrezeption nötig ist. Die Technologie als solche (amorphes hydrogenisiertes Silizium (aSi:H) auf CMOS-Sensoren) wird jedoch erfolgreich bei [[Flachbilddetektor für Röntgenstrahlen|Röntgensensoren]] eingesetzt. Dort kommt eine einfach strukturierte Dünnschicht (NIP) für monochrome Aufnahmen zum Einsatz.<ref>{{Literatur |Autor=M. Despeisse, G. Anelli, P. Jarron, J. Kaplon, D. Moraes |Titel=Hydrogenated Amorphous Silicon Sensor Deposited on Integrated Circuit for Radiation Detection |Sammelwerk=IEEE Transactions on Nuclear Science |Band=55 |Nummer=2 |Datum=2008-04 |ISSN=1558-1578 |DOI=10.1109/TNS.2008.918519 |Seiten=802–811 |Online=https://ieeexplore.ieee.org/document/4484227/ |Abruf=2021-06-18}}</ref> Ferner existieren Anwendungen im Bereich der [[Mikrofluidik|Mikrofluidtechnik]].<ref>{{Internetquelle |autor=Heiko Schäfer |url=https://d-nb.info/994467117/34 |titel=Integrierte optische Detektoren auf Basis amorphen Siliziums und flüssige Lichtwellenleiter für mikrofluidische Anwendungen |werk=Dissertation |hrsg=Uni Siegen |datum=2008-07-09 |abruf=2021-06-18}}</ref>

== Auszeichnungen ==
Für die Erfindung der TFA-Sensoren wurde Prof. Dr. Markus Böhm von der Universität Siegen im Jahre 1996 mit dem [[Philip Morris International|Phillip-Morris]]-Preis ausgezeichnet.<ref>{{Internetquelle |url=https://www.philipmorris-stiftung.de/digitale-bildsensoren-prof-dr-markus-bohm |titel=Digitale Bildsensoren Prof. Dr. Markus Böhm |titelerg=Preisträger 1996 |hrsg=Philip Morris Stiftung |abruf=2019-07-19}}</ref>

== Vorteile und Nachteile ==
Im Gegensatz zu den herkömmlichen Technologien, wie z. B. [[CCD-Sensor|CCDs]], ermöglicht die TFA-Technologie eine 3D-Integration von [[Photodetektor]]en 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 belichtet und ausgelesen werden, was die maximale Zahl der Bilder pro Sekunde ([[Frame Rate|frame rate]]) limitiert.<ref>{{Literatur |Autor=Helmut Fischer, Tarek Lule, Bernd Schneider, Juergen Schulte, Markus Boehm |Titel=Analog image detector in thin film on application-specific integrated circuit (ASIC) technology |Sammelwerk=Sensors and Control for Automation |Band=2247 |Verlag=International Society for Optics and Photonics |Datum=1994-11-09 |Sprache=en |DOI=10.1117/12.193939 |Seiten=282–291 |Online=https://www.spiedigitallibrary.org/conference-proceedings-of-spie/2247/0000/Analog-image-detector-in-thin-film-on-application-specific-integrated/10.1117/12.193939.short |Abruf=2021-06-18}}</ref>

Die als TFA-Schicht verwendeten Materialien lassen eine wesentlich höhere [[Dynamikumfang|Dynamik]] zu, als z. B. bei CCDs oder reine [[CMOS-Sensor]]en.<ref>{{Literatur |Autor=Jürgen Sterzel, Frank Blecher, Matthias Hillebrand, Bernd Schneider, Markus Böhm |Titel=TFA Image Sensors for Low Light Level Detection |Sammelwerk=MRS Proceedings |Band=715 |Datum=2002 |ISSN=0272-9172 |DOI=10.1557/PROC-715-A7.1 |Online=https://link.springer.com/article/10.1557/PROC-715-A7.1 |Abruf=2023-05-18}}</ref> Durch die Verwendung zweier Prozessschritte und Prozesstechnologien können die beiden Komponenten leichter unabhängig voneinander eingestellt werden; so kann die optisch aktive TFA-Schicht gezielt auf optischer Randbedingungen hin optimiert werden.<ref>{{Literatur |Autor=Helmut Fischer |Online={{Webarchiv |url=https://docplayer.org/70438599-Ein-analoger-bildsensor-in-tfa-thin-film-on-asic-technologie.html |text=Docplayer (Transkript) |wayback=20210624200452}} |Titel=Ein analoger Bildsensor in TFA (Thin Film on ASIC)-Technologie |TitelErg=Fachbereich Elektrotechnik und Informatik |Kommentar=Dissertation |Verlag=Universität Gesamthochschule Siegen |Datum=1996-04-18 |Abruf=2021-06-18}}</ref>

Aufgrund der Verwendung [[Amorphes Material|amorphen]] Siliziums als lichtempfindliche Schicht sind diese Sensoren jedoch gegenüber dem [[Staebler-Wronski-Effekt]] empfindlich.<ref>{{Internetquelle |autor=Andrzej Kolodziej |url=https://www.researchgate.net/publication/279581449_Staebler-Wronski_effect_in_amorphous_silicon_and_its_alloys |titel=Staebler-Wronski effect in amorphous silicon and its alloys |werk=Opto-electronics Review |hrsg=www.researchgate.net/ |datum=2004-03-01 |sprache=en |abruf=2021-06-17}}</ref> Ähnlich, wie bei [[Kristallfehler]]n in einem soliden Halbleiterkristall, existiert auch in amorphem Silizium eine große Zahl von Strukturfehlern, die in Form offener Bindungen (sogenannter "dangling bonds") bestehen. Diese sind zwar üblicherweise durch Wasserstoffatome gesättigt, jedoch besitzen auch im Bereich des sichtbaren Lichts einige [[Photon|Photonen]] 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“.

== Weblinks ==
* [http://www.eti.uni-siegen.de/imt/ Webseite des Erfinders (Lehrstuhl)]
* {{Patent| Land=US| V-Nr=7701023| Code=B2| Titel=TFA image sensor with stability-optimized photodiode| A-Datum=2007-10-19| V-Datum=2010-04-20| Anmelder=ST Microelectronics NV| Erfinder=Peter Rieve et al}}

== Einzelnachweise ==
<references />

{{SORTIERUNG:Tfasensor}}
[[Kategorie:Sensor]]
[[Kategorie:Halbleiterbauelement]]

TFA-Sensor - Versionsgeschichte

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