Tutkijat ovat kehittäneet ja esitelleet uusia vihreää valoa absorboivia läpinäkyviä orgaanisia fotodetektoreita, jotka ovat erittäin herkkiä ja yhteensopivia CMOS-valmistusmenetelmien kanssa. Näiden uusien fotodetektorien sisällyttäminen silikonipohjaisiin hybridikuvasensoreihin voisi olla hyödyllistä monissa sovelluksissa. Näitä sovelluksia ovat valoon perustuva sykkeen seuranta, sormenjälkitunnistus ja laitteet, jotka havaitsevat lähellä olevien esineiden läsnäolon.
Käytettiinpä niitä sitten älypuhelimissa tai tieteellisissä kameroissa, useimmat nykyiset kuvantamisanturit perustuvat CMOS-tekniikkaan ja epäorgaanisiin fotodetektoreihin, jotka muuntavat valosignaalit sähköisiksi signaaleiksi. Vaikka orgaanisista materiaaleista valmistetut fotodetektorit herättävät huomiota, koska ne voivat auttaa parantamaan herkkyyttä, tähän mennessä on osoittautunut vaikeaksi valmistaa tehokkaita orgaanisia fotodetektoreita.
Etelä-Korean Ajoun yliopiston johtava tutkija Sungjun Park sanoi: ”Orgaanisten valoilmaisimien sisällyttäminen massatuotettuihin CMOS-kuvasensoreihin vaatii orgaanisia valonabsorboijia, jotka on helppo valmistaa suuressa mittakaavassa ja jotka kykenevät eloisaan kuvantunnistukseen terävien kuvien tuottamiseksi suurilla kuvataajuuksilla pimeässä. Olemme kehittäneet läpinäkyviä, vihreän herkkiä orgaanisia fotodiodeja, jotka täyttävät nämä vaatimukset.”
Tutkijat kuvaavat uutta orgaanista fotodetektoria Optica-lehdessä. He loivat myös hybridi-RGB-kuvantamisanturin asettamalla läpinäkyvän vihreää absorboivan orgaanisen fotodetektorin piifotodiodin päälle, jossa on punaiset ja siniset suodattimet.
Etelä-Korean Samsung Advanced Institute of Technologyn (SAIT) tutkimusryhmän toinen johtaja Kyung-Bae Park sanoi: ”Hybridi-orgaanisen puskurikerroksen käyttöönoton ansiosta näissä kuvasensoreissa käytetty vihreää selektiivinen valoa absorboiva orgaaninen kerros vähentää huomattavasti eri väripikselien välistä ylikuulumista, ja tämä uusi rakenne voisi tehdä tehokkaista orgaanisista fotodiodeista tärkeän osan kuvantamismoduuleja ja valosensoreita useissa eri sovelluksissa.”
Käytännöllisempiä orgaanisia fotodetektoreita
Useimmat orgaaniset materiaalit eivät sovellu massatuotantoon lämpötilaherkkyytensä vuoksi. Ne joko eivät kestä jälkikäsittelyssä käytettyjä korkeita lämpötiloja tai muuttuvat epästabiileiksi, kun niitä käytetään kohtuullisissa lämpötiloissa pitkiä aikoja. Tämän haasteen ratkaisemiseksi tutkijat ovat keskittyneet fotodetektorin puskurikerroksen muokkaamiseen parantaakseen vakautta, tehokkuutta ja havaitsemista. Havaittavuus mittaa sitä, kuinka hyvin anturi pystyy havaitsemaan heikkoja signaaleja. ”Otimme käyttöön elektroninsiirtokerroksena kylpykuparilinjan (BCP): C60-hybridipuskurikerroksen, joka antaa orgaaniselle fotodetektorille erityisominaisuuksia, mukaan lukien korkeamman hyötysuhteen ja erittäin alhaisen pimeävirran, joka vähentää kohinaa”, Sungjun Park sanoo. Fotodetektori voidaan sijoittaa piifotodiodille, jossa on punaiset ja siniset suodattimet, jolloin luodaan hybridi-kuvasensori.
Tutkijat osoittavat, että uuden fotodetektorin havaitsemisnopeudet ovat verrattavissa perinteisiin piifotodiodeihin. Detektori toimi vakaasti 2 tuntia yli 150 °C:n lämpötiloissa ja osoitti pitkäaikaista toimintavakautta 30 päivää 85 °C:ssa. Näillä fotodetektoreilla on myös hyvä värien toisto.
Seuraavaksi he aikovat räätälöidä uusia valoilmaisimia ja hybridikuvasensoreita erilaisiin sovelluksiin, kuten mobiili- ja puettaviin sensoreihin (mukaan lukien CMOS-kuvasensorit), lähestymisantureihin ja näyttöjen sormenjälkitunnistimiin.
Julkaisun aika: 07.07.2023