Výskumníci vyvinuli a predviedli nové transparentné organické fotodetektory absorbujúce zelené svetlo, ktoré sú vysoko citlivé a kompatibilné s výrobnými metódami CMOS. Začlenenie týchto nových fotodetektorov do silikónových hybridných obrazových snímačov by mohlo byť užitočné pre mnoho aplikácií. Medzi tieto aplikácie patrí monitorovanie srdcovej frekvencie na základe svetla, rozpoznávanie odtlačkov prstov a zariadenia, ktoré detekujú prítomnosť blízkych objektov.
Či už sa používajú v smartfónoch alebo vedeckých fotoaparátoch, väčšina dnešných zobrazovacích senzorov je založená na technológii CMOS a anorganických fotodetektoroch, ktoré premieňajú svetelné signály na elektrické signály. Hoci fotodetektory vyrobené z organických materiálov priťahujú pozornosť, pretože môžu pomôcť zlepšiť citlivosť, doteraz sa ukázalo ako ťažké vyrobiť vysokovýkonné organické fotodetektory.
Vedúci výskumník Sungjun Park z Ajou University v Južnej Kórei povedal: „Začlenenie organických fotodetektorov do sériovo vyrábaných obrazových snímačov CMOS si vyžaduje organické absorbéry svetla, ktoré sa dajú ľahko vyrobiť vo veľkom meradle a sú schopné rozpoznávať živý obraz, aby sa v tme vytvorili ostré snímky pri vysokých snímkových frekvenciách. Vyvinuli sme transparentné organické fotodiódy citlivé na zelenú, ktoré tieto požiadavky spĺňajú.“
Výskumníci opisujú nový organický fotodetektor v časopise Optica. Vytvorili tiež hybridný RGB zobrazovací senzor prekrytím priehľadného organického fotodetektora absorbujúceho zelenú farbu na kremíkovú fotodiódu s červenými a modrými filtrami.
Kyung-Bae Park, spoluvedúci výskumného tímu z technologického inštitútu Samsung Advanced Institute of Technology (SAIT) v Južnej Kórei, povedal: „Vďaka zavedeniu hybridnej organickej vyrovnávacej vrstvy, organická vrstva absorbujúca zelené svetlo selektívne pre zelené svetlo, ktorá sa používa v týchto obrazových snímačoch, výrazne znižuje presluchy medzi pixelmi rôznych farieb a tento nový dizajn by mohol urobiť z vysokovýkonných organických fotodiód hlavnú súčasť zobrazovacích modulov a fotosenzorov pre rôzne aplikácie.“
Praktickejšie organické fotodetektory
Väčšina organických materiálov nie je vhodná na hromadnú výrobu kvôli ich citlivosti na teplotu. Buď nedokážu odolať vysokým teplotám používaným na následnú úpravu, alebo sa stanú nestabilnými pri dlhodobom používaní pri miernych teplotách. Aby vedci prekonali tento problém, zamerali sa na úpravu tlmiacej vrstvy fotodetektora s cieľom zlepšiť stabilitu, účinnosť a detekciu. Detekovateľnosť je mierou toho, ako dobre dokáže senzor detegovať slabé signály. „Zaviedli sme hybridnú tlmiacu vrstvu kúpeľa s medeným vedením (BCP) : C60 ako vrstvu transportu elektrónov, ktorá organickému fotodetektoru dodáva špeciálne vlastnosti vrátane vyššej účinnosti a extrémne nízkeho tmavého prúdu, čo znižuje šum,“ hovorí Sungjun Park. Fotodetektor je možné umiestniť na kremíkovú fotodiódu s červeným a modrým filtrom, čím sa vytvorí hybridný obrazový snímač.
Výskumníci preukázali, že nový fotodetektor vykazuje mieru detekcie porovnateľnú s konvenčnými kremíkovými fotodiódami. Detektor pracoval stabilne 2 hodiny pri teplotách nad 150 °C a vykazoval dlhodobú prevádzkovú stabilitu počas 30 dní pri 85 °C. Tieto fotodetektory tiež vykazujú dobrý farebný výkon.
Ďalej plánujú prispôsobiť nové fotodetektory a hybridné obrazové senzory pre rôzne aplikácie, ako sú mobilné a nositeľné senzory (vrátane obrazových senzorov CMOS), senzory priblíženia a zariadenia na čítanie odtlačkov prstov na displejoch.
Čas uverejnenia: 7. júla 2023