Forskere designer meget følsomme, masseproducerbare organiske fotodetektorer

Forskere har udviklet og demonstreret nye transparente organiske fotodetektorer, der absorberer grønt lys, som er meget følsomme og kompatible med CMOS-fremstillingsmetoder. Inkorporering af disse nye fotodetektorer i hybride billedsensorer af organisk silicium kan være nyttigt til applikationer som lysbaseret pulsmåling, fingeraftryksgenkendelse og enheder, der registrerer tilstedeværelsen af ​​objekter i nærheden.

Uanset om de bruges i smartphones eller videnskabelige kameraer, er de fleste af nutidens billedsensorer baseret på CMOS-teknologi og uorganiske fotodetektorer, der konverterer lyssignaler til elektriske signaler. Selvom fotodetektorer fremstillet af organiske materialer tiltrækker opmærksomhed, fordi de for eksempel kan hjælpe med at øge følsomheden, har det vist sig vanskeligt at fremstille højtydende organiske fotodetektorer.

"For at organiske fotodetektorer skal inkorporeres i masseproducerede CMOS-billedsensorer, kræver det organiske lysabsorbere, der er nemme at fremstille i store skalaer og kan opnå levende billedgenkendelse og producere distinkte billeder i mørke med en høj billedhastighed," sagde Sungjun Park fra Ajou University i Republikken Korea, som var med til at lede forskerholdet. "Vi har udviklet gennemsigtige grøn-følsomme organiske fotodioder, der kan opfylde disse krav."

Forskerne beskriver de nye organiske fotodetektorer i Optica tidsskrift. De skabte også en hybrid RGB-billedsensor ved at overlejre den transparente grøn-absorberende organiske fotodetektor på en siliciumfotodiode med røde og blå filtre.

"Det grøn-selektive lysabsorberende organiske lag, der bruges i disse billedsensorer, reducerede krydstale mellem de forskellige farvede pixels betydeligt takket være introduktionen af ​​et blandet organisk bufferlag," sagde forskerteamets medleder Kyung-Bae Park fra Samsung Advanced Institute of Technology (SAIT) i Republikken Korea. "Dette nye design kan gøre det muligt for højtydende organiske fotodioder at blive hovedkomponenten til billeddannelsesmoduler og optoelektroniske sensorer, der bruges i en række forskellige applikationer."

Mere praktiske organiske fotodetektorer

De fleste organiske materialer er ikke egnede til masseproduktion, fordi de ikke kan modstå de høje temperaturer, der bruges til efterbehandling, eller de bliver ustabile ved lang tids brug ved moderate temperaturer. For at overvinde denne udfordring fokuserede forskerne på at modificere fotodetektorens bufferlag for at forbedre stabilitet, effektivitet og detektivitet. Detektivitet er et mål for, hvor godt en sensor kan detektere svage signaler."Vi introducerede et bathocuproine (BCP):C60 blandet bufferlag som et elektrontransporterende lag," sagde Sungjun Park. "Dette gav de organiske fotodetektorer exceptionelle egenskaber, herunder højere effektivitet og en ekstremt lav mørkestrøm, som reducerer støj." Denne fotodetektor kan placeres på en siliciumfotodiode med røde og blå filtre for at skabe en hybrid billedsensor.

The researchers showed that the new photodetectors exhibited a detectivity comparable to those of conventional silicon photodiodes. The detectors operated stably under temperatures above 150 °C for 2 hours and showed long-term operational stability at 85 °C for 30 days. The photodetectors also exhibited good color expression.

Next, they plan to tailor the new photodetectors and hybrid image sensor for use in various applications such as mobile and wearable sensors (including CMOS image sensors), proximity sensors and fingerprint-on-display devices. + Udforsk yderligere

Reducing traps increases performance of organic photodetectors