A kutatók új, zöld fényt elnyelő, átlátszó szerves fotodetektorokat fejlesztettek ki és mutattak be, amelyek rendkívül érzékenyek és kompatibilisek a CMOS gyártási módszerekkel. Ezen új fotodetektorok szilikon hibrid képérzékelőkbe való beépítése számos alkalmazásban hasznos lehet. Ezek az alkalmazások magukban foglalják a fényalapú pulzusmérés, az ujjlenyomat-felismerés és a közeli tárgyak jelenlétét érzékelő eszközök.
Akár okostelefonokban, akár tudományos kamerákban használják őket, a legtöbb mai képalkotó érzékelő CMOS technológián és szervetlen fotodetektorokon alapul, amelyek a fényjeleket elektromos jelekké alakítják. Bár a szerves anyagokból készült fotodetektorok egyre nagyobb figyelmet kapnak, mivel segíthetnek az érzékenység javításában, eddig nehéznek bizonyult a nagy teljesítményű szerves fotodetektorok gyártása.
A dél-koreai Ajou Egyetem társkutatója, Sungjun Park elmondta: „A szerves fotodetektorok tömeggyártású CMOS képérzékelőkbe való beépítéséhez olyan szerves fényelnyelőkre van szükség, amelyek könnyen gyárthatók nagy mennyiségben, és képesek élénk képfelismerésre, hogy éles képeket hozhassanak létre nagy képkockasebességgel sötétben. Átlátszó, zöld fényre érzékeny szerves fotodiódákat fejlesztettünk ki, amelyek megfelelnek ezeknek a követelményeknek.”
A kutatók az Optica folyóiratban írják le az új szerves fotodetektort. Emellett egy hibrid RGB képalkotó érzékelőt is létrehoztak egy átlátszó, zöld fényt elnyelő szerves fotodetektor piros és kék szűrőkkel ellátott szilícium fotodiódára való ráhelyezésével.
Kyung-Bae Park, a dél-koreai Samsung Advanced Institute of Technology (SAIT) kutatócsoportjának társvezetője elmondta: „A hibrid szerves pufferréteg bevezetésének köszönhetően a képérzékelőkben használt zöld-szelektív fényelnyelő szerves réteg nagymértékben csökkenti a különböző színű pixelek közötti áthallást, és ez az új kialakítás a nagy teljesítményű szerves fotodiódákat a képalkotó modulok és fotoszenzorok fő alkotóelemévé teheti számos alkalmazásban.”
Gyakorlatiasabb szerves fotodetektorok
A legtöbb szerves anyag nem alkalmas tömeggyártásra a hőmérséklettel szembeni érzékenysége miatt. Vagy nem bírják az utókezeléshez használt magas hőmérsékletet, vagy instabillá válnak, ha hosszú ideig mérsékelt hőmérsékleten használják őket. Ennek a kihívásnak a leküzdésére a tudósok a fotodetektor pufferrétegének módosítására összpontosítottak a stabilitás, a hatékonyság és az érzékelés javítása érdekében. Az érzékelhetőség azt méri, hogy egy érzékelő mennyire képes érzékelni a gyenge jeleket. „Bevezettünk egy rézfürdő (BCP): C60 hibrid pufferréteget elektronszállító rétegként, amely különleges tulajdonságokat kölcsönöz a szerves fotodetektornak, beleértve a nagyobb hatékonyságot és a rendkívül alacsony sötétáramot, ami csökkenti a zajt” – mondja Sungjun Park. A fotodetektor egy szilícium fotodiódára helyezhető piros és kék szűrőkkel, így hibrid képérzékelőt hozhatunk létre.
A kutatók kimutatták, hogy az új fotodetektor a hagyományos szilícium-fotodiódákéhoz hasonló érzékelési sebességet mutat. A detektor 150 °C feletti hőmérsékleten 2 órán át stabilan működött, és 85 °C-on 30 napig hosszú távú működési stabilitást mutatott. Ezek a fotodetektorok jó színvisszaadási teljesítményt is mutatnak.
Ezután új fotodetektorok és hibrid képérzékelők testreszabását tervezik különféle alkalmazásokhoz, például mobil és viselhető érzékelőkhöz (beleértve a CMOS képérzékelőket), közelségérzékelőkhöz és kijelzőkön lévő ujjlenyomat-eszközökhöz.
Közzététel ideje: 2023. július 7.