Forskare har utvecklat och demonstrerat nya transparenta organiska fotodetektorer som absorberar grönt ljus som är mycket känsliga och kompatibla med CMOS-tillverkningsmetoder. Att införliva dessa nya fotodetektorer i silikonhybridbildsensorer kan vara användbart för många applikationer. Dessa applikationer inkluderar ljusbaserad hjärtfrekvensövervakning, fingeravtrycksigenkänning och enheter som upptäcker närvaron av närliggande föremål.
Oavsett om de används i smartphones eller vetenskapliga kameror är de flesta bildsensorer idag baserade på CMOS-teknik och oorganiska fotodetektorer som omvandlar ljussignaler till elektriska signaler. Även om fotodetektorer gjorda av organiska material väcker uppmärksamhet eftersom de kan bidra till att förbättra känsligheten, har det hittills visat sig svårt att tillverka högpresterande organiska fotodetektorer.
Medledaren Sungjun Park, från Ajou University i Sydkorea, sa: "Att införliva organiska fotodetektorer i massproducerade CMOS-bildsensorer kräver organiska ljusabsorbenter som är lätta att tillverka i stor skala och som kan levande bildigenkänning för att producera skarpa bilder vid höga bildhastigheter i mörker. Vi har utvecklat transparenta, grönkänsliga organiska fotodioder som kan uppfylla dessa krav.”
Forskarna beskriver den nya organiska fotodetektorn i tidskriften Optica. De skapade också en hybrid RGB-avbildningssensor genom att lägga en transparent grön absorberande organisk fotodetektor på en kiselfotodiod med röda och blå filter.
Kyung-Bae Park, medledare för forskargruppen från Samsung Advanced Institute of Technology (SAIT) i Sydkorea, sa: "Tack vare introduktionen av ett hybrid organiskt buffertskikt användes det grönselektiva ljusabsorberande organiska skiktet i dessa bildsensorer minskar överhörningen avsevärt mellan olika färgpixlar, och den här nya designen kan göra högpresterande organiska fotodioder till en viktig komponent i bildmoduler och fotosensorer för en mängd olika applikationer.”
Mer praktiska organiska fotodetektorer
De flesta organiska material är inte lämpliga för massproduktion på grund av deras känslighet för temperatur. De kan antingen inte motstå de höga temperaturer som används för efterbehandling eller blir instabila när de används vid måttliga temperaturer under långa tidsperioder. För att övervinna denna utmaning har forskare fokuserat på att modifiera buffertskiktet i fotodetektorn för att förbättra stabilitet, effektivitet och detektion. Detekterbarhet är ett mått på hur väl en sensor kan upptäcka svaga signaler. "Vi introducerade en badkopparlinje (BCP): C60 hybridbuffertskikt som elektrontransportskikt, vilket ger den organiska fotodetektorn speciella egenskaper, inklusive högre effektivitet och extremt låg mörkström, vilket minskar bruset", säger Sungjun Park. Fotodetektorn kan placeras på en silikonfotodiod med röda och blå filter för att skapa en hybridbildsensor.
Forskarna visar att den nya fotodetektorn uppvisar detektionshastigheter som är jämförbara med de för konventionella kiselfotodioder. Detektorn fungerade stabilt i 2 timmar vid temperaturer över 150 °C och visade långvarig driftstabilitet under 30 dagar vid 85 °C. Dessa fotodetektorer visar också bra färgprestanda.
Därefter planerar de att anpassa nya fotodetektorer och hybridbildsensorer för en mängd olika applikationer, såsom mobila och bärbara sensorer (inklusive CMOS-bildsensorer), närhetssensorer och fingeravtrycksenheter på skärmar.
Posttid: 2023-07-07