Исследователи разработали и продемонстрировали новые прозрачные органические фотодетекторы, поглощающие зелёный свет, обладающие высокой чувствительностью и совместимые с технологиями производства КМОП. Внедрение этих новых фотодетекторов в гибридные кремниевые датчики изображения может быть полезно во многих приложениях. К ним относятся мониторинг сердечного ритма по свету, распознавание отпечатков пальцев и устройства обнаружения находящихся поблизости объектов.
Большинство современных датчиков изображения, используемых в смартфонах или научных камерах, основаны на КМОП-технологии и неорганических фотодетекторах, преобразующих световые сигналы в электрические. Хотя фотодетекторы из органических материалов привлекают внимание, поскольку они позволяют повысить чувствительность, до сих пор производство высокопроизводительных органических фотодетекторов оказалось затруднительным.
Соруководитель исследования, Сонджун Пак из Университета Аджу в Южной Корее, отметил: «Внедрение органических фотодетекторов в массовое производство КМОП-сенсоров изображения требует органических поглотителей света, которые легко производить в больших масштабах и которые способны четко распознавать изображения для получения чётких изображений с высокой частотой кадров в темноте. Мы разработали прозрачные органические фотодиоды, чувствительные к зелёному свету, которые отвечают этим требованиям».
Исследователи описывают новый органический фотодетектор в журнале Optica. Они также создали гибридный RGB-датчик изображения, наложив прозрачный органический фотодетектор, поглощающий зелёный свет, на кремниевый фотодиод с красным и синим фильтрами.
Пак Кёнбэ, один из руководителей исследовательской группы из Института передовых технологий Samsung (SAIT) в Южной Корее, сказал: «Благодаря внедрению гибридного органического буферного слоя, селективный для зеленого света поглощающий органический слой, используемый в этих датчиках изображения, значительно снижает перекрестные помехи между пикселями разных цветов, и эта новая конструкция может сделать высокопроизводительные органические фотодиоды основным компонентом модулей формирования изображений и фотодатчиков для различных применений».
Более практичные органические фотодетекторы
Большинство органических материалов не подходят для массового производства из-за их чувствительности к температуре. Они либо не выдерживают высоких температур, используемых для постобработки, либо становятся нестабильными при использовании при умеренных температурах в течение длительного времени. Чтобы преодолеть эту проблему, ученые сосредоточились на модификации буферного слоя фотодетектора для повышения стабильности, эффективности и обнаружения. Обнаружительная способность - это мера того, насколько хорошо датчик может обнаруживать слабые сигналы. «Мы внедрили гибридный буферный слой из линии меди (BCP): C60 в качестве слоя переноса электронов, что придает органическому фотодетектору особые свойства, включая более высокую эффективность и чрезвычайно низкий темновой ток, что снижает шум», - говорит Сонджун Пак. Фотодетектор можно разместить на кремниевом фотодиоде с красным и синим фильтрами для создания гибридного датчика изображения.
Исследователи показывают, что новый фотодетектор демонстрирует скорость обнаружения, сопоставимую с таковой у обычных кремниевых фотодиодов. Детектор стабильно работал в течение 2 часов при температуре выше 150 °C и продемонстрировал долгосрочную эксплуатационную стабильность в течение 30 дней при температуре 85 °C. Эти фотодетекторы также демонстрируют хорошую цветопередачу.
Далее они планируют адаптировать новые фотодетекторы и гибридные датчики изображения для различных приложений, таких как мобильные и носимые датчики (включая датчики изображения КМОП), датчики приближения и устройства считывания отпечатков пальцев на дисплеях.
Время публикации: 07 июля 2023 г.