Origamiinspirierte Röntgendetektoren mit hoher Effizienz und Auflösung

Forschende des KIT entwickeln neuartige Röntgendetektoren auf Basis tintenstrahlgedruckter Perowskit-Halbleiter mittels cleverer Falttechnik
Grafische Darstellung des Aufbaus des Perowskit-Röntgendetektors in der gefalteten Konfiguration.
Hocheffizient: Die Falttechnik erlaubt eine hohe räumliche Auflösung und Empfindlichkeit für Röntgendetektoren. (Grafik: LTI, KIT)

Röntgendetektoren kommen in der Medizin, der Industrie und der Wissenschaft vielfach zum Einsatz. Die Perowskit-Halbleitertechnologie, die bei Solarzellen bereits erfolgreich eingesetzt wird, ermöglicht auch großflächige und mechanisch flexible Detektoren. Forschende des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) haben nun in einem neuen Herstellungsverfahren die Halbleiterschichten per Tintenstrahldruck hergestellt und die Detektorgeometrie durch ein origamiinspiriertes Faltverfahren realisiert. Über ihre Ergebnisse berichten sie in der Zeitschrift npj Flexible Electronics.

Perowskit-Halbleiter aus dem Tintenstrahldrucker

Bei der Herstellung der Röntgendetektoren druckten Uli Lemmer, Leiter des Lichttechnischen Instituts am KIT, und sein Team zunächst die Perowskit-Schicht mit einem Tintenstrahldrucker auf dünne Kunststofffolien. „Durch digitale Drucktechnologien wie Tintenstrahl- und Aerosoljet-Druck lassen sich großflächige Detektoren anwendungsspezifisch herstellen“, erläutert Lemmer.

Durch Falttechnik von 2D in 3D

„Für einen hochleistungsfähigen Detektor reichen die erzielbare Schichtdicke und Pixelgröße aber noch nicht aus“, erklärt Lemmer. „Durch die von Origami inspirierte Falttechnik stellen wir gewissermaßen die Halbleiterschicht auf die Kante und erreichen sowohl eine extrem gute räumliche Auflösung in 3D als auch eine hohe Empfindlichkeit“, sagt der Optoelektroniker. Die clevere Falttechnik macht eine kostengünstige Herstellung und exzellente Detektoreigenschaften möglich. In der Kombination mit gedruckten Transistoren könnte eine neue Generation von Röntgendetektoren entstehen, die weder in ihrer Größe noch in der Geometrie beschränkt sind.

Mit der im Exzellenzcluster 3D Matter Made to Order entwickelten Lösung hat das Team einen wichtigen Schritt hin zu einer hohen Effizienz und hohen räumlichen Auflösung gemacht.

 sfo, 25.04.2023