Naukowcy opracowali i zademonstrowali nowe, transparentne, organiczne fotodetektory absorbujące zielone światło, które charakteryzują się wysoką czułością i są kompatybilne z metodami produkcji matryc CMOS. Wbudowanie tych nowych fotodetektorów w hybrydowe, silikonowe czujniki obrazu może być przydatne w wielu zastosowaniach. Należą do nich m.in. monitorowanie tętna światłem, rozpoznawanie odcisków palców oraz urządzenia wykrywające obecność pobliskich obiektów.
Niezależnie od tego, czy są stosowane w smartfonach, czy w aparatach naukowych, większość współczesnych czujników obrazowych opiera się na technologii CMOS i nieorganicznych fotodetektorach, które przekształcają sygnały świetlne w sygnały elektryczne. Chociaż fotodetektory wykonane z materiałów organicznych cieszą się zainteresowaniem, ponieważ mogą pomóc w poprawie czułości, jak dotąd trudno jest wyprodukować wysokowydajne fotodetektory organiczne.
Współprowadzący badania Sungjun Park z Uniwersytetu Ajou w Korei Południowej powiedział: „Włączenie organicznych fotodetektorów do masowo produkowanych czujników obrazu CMOS wymaga organicznych absorberów światła, które są łatwe w produkcji na dużą skalę i umożliwiają precyzyjne rozpoznawanie obrazu, aby generować ostre obrazy z dużą liczbą 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, absorbujący światło zielone 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, selektywna dla zieleni warstwa organiczna absorbująca światło, stosowana w tych czujnikach obrazu, znacznie redukuje 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 swoją wrażliwość na temperaturę. Nie wytrzymują one wysokich temperatur stosowanych w obróbce końcowej lub stają się niestabilne w przypadku długotrwałego stosowania w umiarkowanych temperaturach. Aby sprostać temu wyzwaniu, naukowcy skupili się na modyfikacji warstwy buforowej fotodetektora, aby poprawić stabilność, wydajność i wykrywalność. Wykrywalność jest miarą skuteczności czujnika w wykrywaniu słabych sygnałów. „Wprowadziliśmy hybrydową warstwę buforową z miedzi kąpielowej (BCP): C60 jako warstwę transportu elektronów, co nadaje organicznemu fotodetektorowi szczególne właściwości, w tym wyższą wydajność i wyjątkowo niski prąd ciemny, co redukuje szumy” – mówi Sungjun Park. Fotodetektor można umieścić na krzemowej fotodiodzie z filtrami czerwonym i niebieskim, tworząc hybrydowy czujnik obrazu.
Naukowcy wykazali, że nowy fotodetektor charakteryzuje się szybkością detekcji porównywalną z konwencjonalnymi fotodiodami krzemowymi. Detektor pracował stabilnie przez 2 godziny w temperaturach powyżej 150°C i wykazywał długotrwałą stabilność działania przez 30 dni w temperaturze 85°C. Fotodetektory te charakteryzują się również dobrą jakością kolorów.
Następnie planują dostosować nowe fotodetektory i hybrydowe czujniki obrazu do różnych zastosowań, takich jak czujniki mobilne i noszone (w tym czujniki obrazu CMOS), czujniki zbliżeniowe i czytniki linii papilarnych na wyświetlaczach.
Czas publikacji: 07-07-2023