Scharfes Bild auch bei dichtem Nebel: Preiswerter Fotochip für Smartphone und Auto

Dunst oder gar dichter Nebel? Autonomen Fahrzeugen der Zukunft macht das nichts aus. Sie „sehen“ mit einem Fotochip, der im Bereich kurzwelligen Infrarots arbeitet, kurz SWIR (short wavelengst infrared), allerdings nur in Schwarz, Weiß und Grautönen. Eine Kamera dieser Art, die so klein ist, dass sie sogar in ein Smartphone passt, haben Ingenieure am Forschungszentrum Jülich (FZJ) nahe Aachen entwickelt. Dass normale Kameras genauso viel oder wenig sehen wie Menschen liegt daran, dass sichtbares Licht an den feinen Wassertröpfchen, die Dunst und Nebel verursachen, gestreut wird, während SWIR dieses Schicksal nicht erdulden muss.

Drastische Senkung der Kosten

„Es gibt bereits Kameras, die auf SWIR-Basis abbilden. Die sehr hohen Kosten verhindern jedoch oft den Einsatz im Alltag“, sagt Dan Buca vom FZJ. Das liege an der Verwendung von Materialien, die sich nur schwer mit Standard-Schaltkreisen aus Silizium verbinden lassen „Unser Detektor füllt daher eine Lücke: Er deckt einen Bereich des Spektrums ab, für den bisher keine preiswerten Sensoren existierten“, so Buca. Die Wahl von Legierungen und Elementen, die gut mit Silizium verträglich sind, ermögliche vergleichsweise einfache Herstellungsprozesse mit Standard-Werkzeugen.

Entwicklung dauerte zehn Jahre

Die Basis des neuen Detektors ist eine dünne Schicht aus Silizium, dem Standardmaterial für Computerchips. Darauf werden weitere Lagen von Halbleitermaterialien abgeschieden, welche die Elemente Germanium und Zinn enthalten. „Es hat beinahe zehn Jahre gedauert, bis alle Parameter optimiert waren. Aber jetzt lassen sich diese Halbleiterschichten in jeder Chipfabrik mit etablierter Technik aufbauen“, so Professor Giovanni Isella vom Polytechnikum Mailand, der die Entwicklung des Detektors gemeinsam mit Buca geleitet hat. Dadurch sei es möglich, sie besonders preiswert herzustellen.

Auch im Nahinfrarot-Bereich nutzbar

Der Fotochip lässt sich auch in den Nahinfrarot-Bereich (NIR/ near infrared) umschalten. Das macht es möglich, verschiedene Flüssigkeiten und Gase zu unterscheiden, die NIR- und SWIR-Strahlung unterschiedlich stark absorbieren. Das konnte das Forscherteam am Beispiel der Lösungsmittel Isopropanol und Toluol demonstrieren. Mit Hilfe des schaltbaren Detektors lassen sich die für das menschliche Auge farblosen Flüssigkeiten eindeutig auseinanderhalten.