Naukowcy opracowali i zademonstrowali nowe, pochłaniające zielone światło, transparentne fotodetektory organiczne, które są wysoce czułe i kompatybilne z metodami produkcji CMOS. Włączenie tych nowych fotodetektorów do hybrydowych czujników obrazu z silikonu może być przydatne w wielu zastosowaniach. Te zastosowania obejmują monitorowanie tętna na podstawie światła, rozpoznawanie odcisków palców i urządzenia wykrywające obecność pobliskich obiektów.
Niezależnie od tego, czy są używane w smartfonach, czy w aparatach naukowych, większość dzisiejszych czujników obrazowania opiera się na technologii CMOS i nieorganicznych fotodetektorach, które zamieniają sygnały świetlne na sygnały elektryczne. Chociaż fotodetektory wykonane z materiałów organicznych przyciągają uwagę, ponieważ mogą pomóc w poprawie czułości, do tej pory trudno było wyprodukować wysokowydajne fotodetektory organiczne.
Współprowadzący badacz Sungjun Park z Ajou University w Korei Południowej powiedział: „Włączenie organicznych fotodetektorów do produkowanych masowo czujników obrazu CMOS wymaga organicznych absorberów światła, które są łatwe do produkcji na dużą skalę i zdolne do żywego rozpoznawania obrazu, aby wytwarzać ostre obrazy przy dużej liczbie klatek na sekundę w ciemności. Opracowaliśmy przezroczyste, zielone fotodiody organiczne, które mogą spełnić te wymagania”.
Naukowcy opisują nowy organiczny fotodetektor w czasopiśmie Optica. Stworzyli również hybrydowy czujnik obrazowania RGB, nakładając przezroczysty, zielony, absorbujący fotodetektor organiczny na krzemową fotodiodę z filtrami czerwonym i niebieskim.
Kyung-Bae Park, współlider zespołu badawczego z Samsung Advanced Institute of Technology (SAIT) w Korei Południowej, powiedział: „Dzięki wprowadzeniu hybrydowej organicznej warstwy buforowej, zielona selektywna warstwa organiczna absorbująca światło stosowana w tych czujnikach obrazu znacznie zmniejsza przesłuchy między pikselami o różnych kolorach, a ta nowa konstrukcja może sprawić, że wysokowydajne fotodiody organiczne staną się głównym elementem modułów obrazowania i czujników światła do różnych zastosowań”.
Bardziej praktyczne fotodetektory organiczne
Większość materiałów organicznych nie nadaje się do masowej produkcji ze względu na ich wrażliwość na temperaturę. Nie wytrzymują wysokich temperatur stosowanych w obróbce końcowej lub stają się niestabilne, gdy są stosowane w umiarkowanych temperaturach przez długi czas. Aby pokonać to wyzwanie, naukowcy skupili się na modyfikacji warstwy buforowej fotodetektora w celu poprawy stabilności, wydajności i wykrywania. Wykrywalność jest miarą tego, jak dobrze czujnik może wykrywać słabe sygnały. „Wprowadziliśmy hybrydową warstwę buforową Bath Copper Line (BCP): C60 jako warstwę transportu elektronów, co nadaje organicznemu fotodetektorowi specjalne właściwości, w tym wyższą wydajność i wyjątkowo niski prąd ciemny, co redukuje szum”, mówi Sungjun Park. Fotodetektor można umieścić na krzemowej fotodiodzie z czerwonymi i niebieskimi filtrami, aby stworzyć hybrydowy czujnik obrazu.
Naukowcy wykazują, że nowy fotodetektor wykazuje wskaźniki detekcji porównywalne z konwencjonalnymi fotodiodami krzemowymi. Detektor działał stabilnie przez 2 godziny w temperaturach powyżej 150 °C i wykazywał długoterminową stabilność operacyjną przez 30 dni w temperaturze 85 °C. Te fotodetektory wykazują również dobrą wydajność kolorów.
Następnie planują dostosować nowe fotodetektory i hybrydowe czujniki obrazu do różnych zastosowań, takich jak czujniki mobilne i noszone na ciele (w tym czujniki obrazu CMOS), czujniki zbliżeniowe i urządzenia do odczytu linii papilarnych na wyświetlaczach.
Czas publikacji: 07-07-2023