Naukowcy opracowali i zademonstrowali nowe, przezroczyste organiczne fotodetektory pochłaniające światło zielone, które są bardzo czułe i kompatybilne z metodami produkcji CMOS. Włączenie tych nowych fotodetektorów do silikonowych hybrydowych czujników obrazu może być przydatne w wielu zastosowaniach. Zastosowania te obejmują monitorowanie tętna w oparciu o światło, rozpoznawanie odcisków palców i urządzenia wykrywające obecność pobliskich obiektów.
Niezależnie od tego, czy stosuje się je w smartfonach, czy w aparatach naukowych, większość współczesnych czujników obrazu opiera się na technologii CMOS i nieorganicznych fotodetektorach, które przekształcają sygnały świetlne na sygnały elektryczne. Chociaż fotodetektory wykonane z materiałów organicznych przyciągają uwagę, ponieważ mogą pomóc w poprawie czułości, jak dotąd wytworzenie wysokowydajnych fotodetektorów organicznych okazało się trudne.
Współprzewodniczący badacz Sungjun Park z Uniwersytetu Ajou w Korei Południowej powiedział: „Włączenie organicznych fotodetektorów do produkowanych masowo czujników obrazu CMOS wymaga organicznych pochłaniaczy światła, które są łatwe w produkcji na dużą skalę i zdolne do rozpoznawania żywych obrazów w celu uzyskania ostrych obrazów przy dużej liczbie klatek na sekundę w ciemności. Opracowaliśmy przezroczyste, wrażliwe na kolor zielony fotodiody organiczne, które mogą spełnić te wymagania.
Naukowcy opisują nowy organiczny fotodetektor w czasopiśmie Optica. Stworzyli także hybrydowy czujnik obrazu RGB, nakładając przezroczysty organiczny fotodetektor pochłaniający zieleń na fotodiodę krzemową z filtrami czerwonym i niebieskim.
Kyung-Bae Park, współprzewodniczący zespołu badawczego z Samsung Advanced Institute of Technology (SAIT) w Korei Południowej, powiedział: „Dzięki wprowadzeniu hybrydowej organicznej warstwy buforowej, zastosowana selektywnie zielona warstwa organiczna pochłaniająca światło w tych czujnikach obrazu znacznie zmniejsza przesłuch między pikselami o różnych kolorach, a dzięki tej nowej konstrukcji wysokowydajne fotodiody organiczne mogą stać się głównym elementem modułów obrazowania i fotoczujników do różnych zastosowań”.
Bardziej praktyczne fotodetektory organiczne
Większość materiałów organicznych nie nadaje się do masowej produkcji ze względu na ich wrażliwość na temperaturę. Albo nie są w stanie wytrzymać wysokich temperatur stosowanych do obróbki końcowej, albo stają się niestabilne, gdy są używane w umiarkowanych temperaturach przez dłuższy czas. Aby pokonać to wyzwanie, naukowcy skupili się na modyfikacji warstwy buforowej fotodetektora w celu poprawy stabilności, wydajności i wykrywalności. Wykrywalność to miara tego, jak dobrze czujnik może wykrywać słabe sygnały. „Wprowadziliśmy miedzianą linię kąpielową (BCP): hybrydową warstwę buforową C60 jako warstwę transportu elektronów, która nadaje organicznemu fotodetektorowi specjalne właściwości, w tym wyższą wydajność i wyjątkowo niski prąd ciemny, co zmniejsza szum” – mówi Sungjun Park. Fotodetektor można umieścić na fotodiodzie krzemowej z filtrami czerwonym i niebieskim, tworząc hybrydowy czujnik obrazu.
Naukowcy wykazali, że nowy fotodetektor charakteryzuje się współczynnikiem detekcji porównywalnym do konwencjonalnych fotodiod krzemowych. Detektor działał stabilnie przez 2 godziny w temperaturach powyżej 150°C i wykazywał długoterminową stabilność działania przez 30 dni w temperaturze 85°C. Te fotodetektory charakteryzują się również dobrą wydajnością kolorów.
Następnie planują dostosować nowe fotodetektory i hybrydowe czujniki obrazu do różnych zastosowań, takich jak czujniki mobilne i do noszenia (w tym czujniki obrazu CMOS), czujniki zbliżeniowe i urządzenia odcisków palców na wyświetlaczach.
Czas publikacji: 7 lipca 2023 r