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Großflächige Röntgendetektoren aus Kunststoff

30.06.2009
Forscher von Siemens Corporate Technology (CT) haben ein kostengünstiges Produktionsverfahren für organische Fotodioden entwickelt.

Die Dioden sind sehr effizient, sensibel und langlebig. Ein mit der neuen Sprühtechnik hergestellter Flachbild-Röntgendetektor zeigt sehr gute Leistungen. Organische Fotodioden bestehen nicht aus kristallinen Halbleitern, sondern aus organischen Kunststoffen.


Sie können in Zukunft eine preiswerte Alternative für großflächige Detektoren sein. Ihre Ergebnisse haben die Forscher in der Zeitschrift Nano Letters publiziert.

Der Vorteil von organischen Fotodioden liegt im Herstellungsprozess: Die Kunststoffe sind in einer Flüssigkeit gelöst, die auf ein Substrat aufgebracht wird. Die Kosten dieses Verfahrens sind nahezu unabhängig von der Fläche. Der Preis kristalliner Dioden steigt dagegen mit ihrer Größe. Die Lösung enthält halbleitende Kunststoffe und Fulleren-Derivate, die die Rolle der Elektronendonatoren und -akzeptoren übernehmen. Für diese Materialklassen wurde der Nobelpreis für Chemie 1996 und 2000 vergeben.

Die Halbleiterlösung wird normalerweise auf das Substrat gegossen, geschleudert oder gerakelt. Schneller und billiger ist es, die Lösung aufzusprühen. Diese Methode wurde bisher als kritisch eingestuft, weil man vermutete, dass die Rauhigkeit der gesprühten Schichten die Qualität der Dioden beeinträchtigt. Die von den Siemens-Forschern aus dem Bereich Organische Elektronik im Sprühverfahren hergestellten organischen Fotodioden zeigen jedoch im Vergleich zu anderen Methoden sehr gute Eigenschaften: Die Effizienz, mit der die Dioden Licht in Strom verwandeln, liegt bei 75 Prozent. Sie haben niedrige Dunkelströme – also ein niedriges Eigensignal, das auch ohne Lichteinfall existiert, und mit mindestens sechs Jahren vergleichsweise lange Lebensdauern aufweisen. Diese Eigenschaften verlieren die Dioden auch nicht bei hohen Sperrspannungen (bis ca. fünf Volt), wo man bisher immer einen starken Anstieg des Dunkelstromes beobachtet hat.

Ein mit der neuen Sprühtechnik hergestellter digitaler Flachbild-Röntgendetektor zeigt teilweise bessere Leistungen hinsichtlich Geisterbildern („Image Lag“) beim schnellen Auslesen der Bilder als heute verwendete Detektoren aus amorphem Silizium. Siemens CT erwartet, dass der organische „X-Ray Imager“ in absehbarer Zeit Marktreife erreichen wird. (RN 2009.06.6)

Dr. Norbert Aschenbrenner | Siemens ResearchNews
Weitere Informationen:
http://www.siemens.de/innovation

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