Forskere har utviklet og demonstrert nye transparente organiske fotodetektorer som absorberer grønt lys, og som er svært følsomme og kompatible med CMOS-produksjonsmetoder. Å innlemme disse nye fotodetektorene i hybride silikonbildesensorer kan være nyttig for mange bruksområder. Disse bruksområdene inkluderer lysbasert pulsmåling, fingeravtrykkgjenkjenning og enheter som oppdager tilstedeværelsen av objekter i nærheten.
Enten de brukes i smarttelefoner eller vitenskapelige kameraer, er de fleste bildesensorer i dag basert på CMOS-teknologi og uorganiske fotodetektorer som konverterer lyssignaler til elektriske signaler. Selv om fotodetektorer laget av organiske materialer tiltrekker seg oppmerksomhet fordi de kan bidra til å forbedre følsomheten, har det så langt vist seg vanskelig å produsere organiske fotodetektorer med høy ytelse.
Medforsker Sungjun Park fra Ajou University i Sør-Korea sa: «Å innlemme organiske fotodetektorer i masseproduserte CMOS-bildesensorer krever organiske lysabsorbenter som er enkle å produsere i stor skala og som er i stand til å gjenkjenne levende bilder for å produsere skarpe bilder med høye bildefrekvenser i mørket. Vi har utviklet transparente, grønnfølsomme organiske fotodioder som kan oppfylle disse kravene.»
Forskerne beskriver den nye organiske fotodetektoren i tidsskriftet Optica. De skapte også en hybrid RGB-bildesensor ved å legge en gjennomsiktig, grønnabsorberende organisk fotodetektor over en silisiumfotodiode med røde og blå filtre.
Kyung-Bae Park, medleder for forskerteamet fra Samsung Advanced Institute of Technology (SAIT) i Sør-Korea, sa: «Takket være introduksjonen av et hybrid organisk bufferlag, reduserer det grønnselektive lysabsorberende organiske laget som brukes i disse bildesensorene krysstale mellom forskjellige fargepiksler betraktelig, og denne nye designen kan gjøre høypresterende organiske fotodioder til en viktig komponent i bildemoduler og fotosensorer for en rekke bruksområder.»
Mer praktiske organiske fotodetektorer
De fleste organiske materialer er ikke egnet for masseproduksjon på grunn av deres temperaturfølsomhet. De tåler enten ikke de høye temperaturene som brukes til etterbehandling, eller blir ustabile når de brukes ved moderate temperaturer over lengre tid. For å overvinne denne utfordringen har forskere fokusert på å modifisere bufferlaget til fotodetektoren for å forbedre stabilitet, effektivitet og deteksjon. Detekterbarhet er et mål på hvor godt en sensor kan oppdage svake signaler. «Vi introduserte et hybridbufferlag av badekobberledning (BCP): C60 som elektrontransportlag, noe som gir den organiske fotodetektoren spesielle egenskaper, inkludert høyere effektivitet og ekstremt lav mørkestrøm, noe som reduserer støy», sier Sungjun Park. Fotodetektoren kan plasseres på en silisiumfotodiode med røde og blå filtre for å lage en hybrid bildesensor.
Forskerne viser at den nye fotodetektoren har deteksjonsrater som er sammenlignbare med konvensjonelle silisiumfotodioder. Detektoren opererte stabilt i 2 timer ved temperaturer over 150 °C og viste langvarig driftsstabilitet i 30 dager ved 85 °C. Disse fotodetektorene viser også god fargeytelse.
Deretter planlegger de å tilpasse nye fotodetektorer og hybride bildesensorer for en rekke bruksområder, som mobile og bærbare sensorer (inkludert CMOS-bildesensorer), nærhetssensorer og fingeravtrykksenheter på skjermer.
Publisert: 07.07.2023