Исследователи разработали и продемонстрировали новые прозрачные органические фотодетекторы, поглощающие зеленый свет, которые обладают высокой чувствительностью и совместимы с технологиями производства CMOS-матриц. Включение этих новых фотодетекторов в гибридные кремниевые датчики изображения может быть полезно во многих областях применения. К таким областям относятся мониторинг сердечного ритма на основе света, распознавание отпечатков пальцев и устройства, обнаруживающие присутствие близлежащих объектов.
В большинстве современных датчиков изображения, используемых в смартфонах или научных камерах, применяется технология CMOS и неорганические фотодетекторы, преобразующие световые сигналы в электрические. Хотя фотодетекторы из органических материалов привлекают внимание, поскольку они могут помочь повысить чувствительность, до сих пор производство высокоэффективных органических фотодетекторов представляло собой сложную задачу.
Соруководитель исследования Сонджун Пак из Университета Аджу в Южной Корее сказал: «Внедрение органических фотодетекторов в серийно выпускаемые CMOS-датчики изображения требует органических поглотителей света, которые легко производить в больших масштабах и которые способны к четкому распознаванию изображений для получения резких изображений с высокой частотой кадров в темноте. Мы разработали прозрачные, чувствительные к зеленому свету органические фотодиоды, которые могут соответствовать этим требованиям».
В журнале Optica исследователи описывают новый органический фотодетектор. Они также создали гибридный RGB-датчик изображения, наложив прозрачный органический фотодетектор, поглощающий зеленый свет, на кремниевый фотодиод с красным и синим фильтрами.
Пак Кён-Бэ, соруководитель исследовательской группы из Южно-Корейского института передовых технологий Samsung (SAIT), сказал: «Благодаря внедрению гибридного органического буферного слоя, используемый в этих датчиках изображения селективный по отношению к зеленому свету органический слой значительно уменьшает перекрестные помехи между пикселями разных цветов, и эта новая конструкция может сделать высокоэффективные органические фотодиоды важным компонентом модулей обработки 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 длительном использовании при умеренных температурах. Для решения этой проблемы ученые сосредоточились на модификации буферного слоя фотодетектора с целью повышения стабильности, эффективности и детектирования. Детектируемость — это показатель того, насколько хорошо датчик может обнаруживать слабые сигналы. «Мы ввели гибридный буферный слой из медной линии (BCP) : C60 в качестве слоя переноса электронов, что придает органическому фотодетектору особые свойства, включая более высокую эффективность и чрезвычайно низкий темновой ток, что снижает уровень шума», — говорит Сонджун Пак. Фотодетектор может быть размещен на кремниевом фотодиоде с красным и синим фильтрами для создания гибридного датчика изображения.
Исследователи показали, что новый фотодетектор демонстрирует показатели обнаружения, сопоставимые с показателями обычных кремниевых фотодиодов. Детектор стабильно работал в течение 2 часов при температурах выше 150 °C и показал долговременную стабильность работы в течение 30 дней при 85 °C. Эти фотодетекторы также демонстрируют хорошие показатели цветопередачи.
Далее они планируют разработать новые фотодетекторы и гибридные датчики изображения для различных применений, таких как мобильные и носимые датчики (включая CMOS-датчики изображения), датчики приближения и устройства для распознавания отпечатков пальцев на дисплеях.
Дата публикации: 07.07.2023