Forskare har utvecklat och demonstrerat nya transparenta organiska fotodetektorer som absorberar grönt ljus och är mycket känsliga och kompatibla med CMOS-tillverkningsmetoder. Att integrera dessa nya fotodetektorer i silikonhybridbildsensorer kan vara användbart för många tillämpningar. Dessa tillämpningar inkluderar ljusbaserad pulsmätning, fingeravtrycksigenkänning och enheter som detekterar närvaron av närliggande objekt.
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 tillverkade av organiska material drar till sig uppmärksamhet eftersom de kan bidra till att förbättra känsligheten, har det hittills visat sig svårt att tillverka högpresterande organiska fotodetektorer.
Medforskaren Sungjun Park, från Ajou University i Sydkorea, sa: ”Att integrera organiska fotodetektorer i massproducerade CMOS-bildsensorer kräver organiska ljusabsorbenter som är enkla att tillverka i stor skala och kapabla till livlig bildigenkänning för att producera skarpa bilder med 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-bildsensor genom att lägga en transparent grönabsorberande organisk fotodetektor ovanpå 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 införandet av ett hybridorganiskt buffertlager minskar det grönselektiva ljusabsorberande organiska lagret som används i dessa bildsensorer kraftigt överhörning mellan olika färgpixlar, och den här nya designen skulle kunna göra högpresterande organiska fotodioder till en viktig komponent i bildmoduler och fotosensorer för en mängd olika tillämpningar.”
Mer praktiska organiska fotodetektorer
De flesta organiska material är inte lämpliga för massproduktion på grund av deras temperaturkänslighet. De kan antingen inte motstå de höga temperaturer som används för efterbehandling eller blir instabila när de används vid måttliga temperaturer under längre perioder. För att övervinna denna utmaning har forskare fokuserat på att modifiera fotodetektorns buffertlager för att förbättra stabilitet, effektivitet och detektion. Detekterbarhet är ett mått på hur väl en sensor kan detektera svaga signaler. ”Vi introducerade ett hybridbuffertlager av badkopparledning (BCP):C60 som elektrontransportlager, vilket ger den organiska fotodetektorn speciella egenskaper, inklusive högre effektivitet och extremt låg mörkerström, vilket minskar brus”, säger Sungjun Park. Fotodetektorn kan placeras på en kiselfotodiod med röda och blå filter för att skapa en hybridbildsensor.
Forskarna visar att den nya fotodetektorn uppvisar detektionshastigheter jämförbara med konventionella kiselfotodioder. Detektorn fungerade stabilt i 2 timmar vid temperaturer över 150 °C och visade långsiktig driftsstabilitet i 30 dagar vid 85 °C. Dessa fotodetektorer uppvisar också god färgprestanda.
Därefter planerar de att anpassa nya fotodetektorer och hybridbildsensorer för en mängd olika tillämpningar, såsom mobila och bärbara sensorer (inklusive CMOS-bildsensorer), närhetssensorer och fingeravtrycksenheter på skärmar.
Publiceringstid: 7 juli 2023