Organiske infrarøde fotodetektorer tilbyder fremskridt inden for billedteknologi

Efterspørgslen efter høje pixel-antal, lave omkostninger focal-plane arrays i de nær-infrarøde (NIR) og kortbølgelængde infrarøde (SWIR) spektre er steget på grund af deres potentielle anvendelser i AI-drevne teknologier såsom 3D ansigtsidentifikation , augmented/virtual reality, robotteknologi og autonome køretøjer. Traditionelle SWIR-fotodioder er afhængige af krystallinsk germanium (Ge) eller indium galliumarsenid (InGaAs), som har begrænsninger, herunder høj mørkestrøm og komplekse fremstillingsprocesser. Fremkomsten af ​​organiske halvledere tilbyder et lovende alternativ med potentiale for lettere fremstilling og justerbare optiske egenskaber.

Forskere fra South China University of Technology har skabt en klasse af organiske halvlederbaserede infrarøde fotodetektorer, der er klar til at transformere billedteknologi. En undersøgelse offentliggjort i Chinese Journal of Polymer Science afslører, at disse organiske fotodioder kan fungere på tværs af en bred vifte af bølgelængder, fra nær-ultraviolet til kortbølgelængde infrarød, og overgå traditionelle uorganiske detektorer.

Ved at bruge polymerhalvledere med smalle båndgab skabte holdet tyndfilmsfotodioder, der var i stand til at detektere en bred vifte af infrarøde bølgelængder. Denne nye teknologi opnår ydeevneniveauer, der kan konkurrere med traditionelle uorganiske fotodetektorer, såsom dem, der er fremstillet af indium galliumarsenid (InGaAs), men til en brøkdel af prisen.

Forskerne kombinerede strategier med et større heteroatom, en regio-regulær rygrad og en udvidet forgreningsposition på sidekæder for at udvikle polymerhalvledere med en spektral respons, der spænder fra nær-ultraviolet til kortbølgelængde infrarød.

De resulterende enheder udviste en imponerende specifik detektivitet og nåede 5,55×10 ¹² Jones på 1,15 μm, konkurrencedygtig med InGaAs-baserede detektorer. Disse organiske fotodetektorer blev samlet i billedarrays med høj pixeltæthed, med den unikke egenskab, at de ikke krævede mønster på pixelniveau i detektionslaget. Denne tilgang forenkler fremstillingsprocessen og reducerer omkostningerne betydeligt.

Prof. Fei Huang, en af ​​de førende forskere, sagde:"Vores udvikling af organiske fotodetektorer markerer et afgørende skridt hen imod omkostningseffektiv, højtydende infrarød billedteknologi. Disse enheder tilbyder et fleksibelt og skalerbart alternativ til traditionelle uorganiske fotodioder med potentiale applikationer lige fra industriel robotteknologi til medicinsk diagnostik."

Disse nye organiske fotodetektorer kan påvirke flere industrier. De tilbyder et billigt alternativ til billeddannelsessystemer, der bruges til sikkerhed og overvågning. Derudover kan den organisk-baserede teknologi føre til mere overkommelige og tilgængelige medicinske billedbehandlingsenheder, hvilket muliggør en bredere anvendelse i sundhedsvæsenet. Fleksibiliteten og skalerbarheden af ​​disse enheder åbner også døre til innovative applikationer inden for kunstig intelligens og robotteknologi.

Flere oplysninger: Zhi-Ming Zhong et al., Infrarøde fotodetektorer og billedarrays lavet med organiske halvledere, Chinese Journal of Polymer Science (2023). DOI:10.1007/s10118-023-2973-8

Leveret af Chinese Academy of Sciences