Ερευνητές έχουν αναπτύξει και επιδείξει νέους διαφανείς οργανικούς φωτοανιχνευτές που απορροφούν πράσινο φως, οι οποίοι είναι εξαιρετικά ευαίσθητοι και συμβατοί με τις μεθόδους κατασκευής CMOS. Η ενσωμάτωση αυτών των νέων φωτοανιχνευτών σε υβριδικούς αισθητήρες εικόνας σιλικόνης θα μπορούσε να είναι χρήσιμη για πολλές εφαρμογές. Αυτές οι εφαρμογές περιλαμβάνουν την παρακολούθηση του καρδιακού ρυθμού με βάση το φως, την αναγνώριση δακτυλικών αποτυπωμάτων και συσκευές που ανιχνεύουν την παρουσία κοντινών αντικειμένων.
Είτε χρησιμοποιούνται σε smartphones είτε σε επιστημονικές κάμερες, οι περισσότεροι αισθητήρες απεικόνισης σήμερα βασίζονται στην τεχνολογία CMOS και σε ανόργανους φωτοανιχνευτές που μετατρέπουν τα φωτεινά σήματα σε ηλεκτρικά σήματα. Αν και οι φωτοανιχνευτές που κατασκευάζονται από οργανικά υλικά προσελκύουν την προσοχή επειδή μπορούν να βοηθήσουν στη βελτίωση της ευαισθησίας, μέχρι στιγμής έχει αποδειχθεί δύσκολο να κατασκευαστούν οργανικοί φωτοανιχνευτές υψηλής απόδοσης.
Ο συν-επικεφαλής ερευνητής Sungjun Park, από το Πανεπιστήμιο Ajou στη Νότια Κορέα, δήλωσε: «Η ενσωμάτωση οργανικών φωτοανιχνευτών σε αισθητήρες εικόνας CMOS μαζικής παραγωγής απαιτεί οργανικούς απορροφητές φωτός που είναι εύκολο να κατασκευαστούν σε μεγάλη κλίμακα και ικανοί για ζωντανή αναγνώριση εικόνας για την παραγωγή ευκρινών εικόνων σε υψηλούς ρυθμούς καρέ στο σκοτάδι. Έχουμε αναπτύξει διαφανείς, ευαίσθητες στο πράσινο οργανικές φωτοδιόδους που μπορούν να καλύψουν αυτές τις απαιτήσεις».
Οι ερευνητές περιγράφουν τον νέο οργανικό φωτοανιχνευτή στο περιοδικό Optica. Δημιούργησαν επίσης έναν υβριδικό αισθητήρα απεικόνισης RGB τοποθετώντας έναν διαφανή πράσινο οργανικό φωτοανιχνευτή απορρόφησης σε μια φωτοδίοδο πυριτίου με κόκκινα και μπλε φίλτρα.
Ο Kyung-Bae Park, συν-επικεφαλής της ερευνητικής ομάδας από το Samsung Advanced Institute of Technology (SAIT) στη Νότια Κορέα, δήλωσε: «Χάρη στην εισαγωγή ενός υβριδικού οργανικού στρώματος buffer, το οργανικό στρώμα που απορροφά το πράσινο φως και χρησιμοποιείται σε αυτούς τους αισθητήρες εικόνας μειώνει σημαντικά την αλληλεπίδραση μεταξύ διαφορετικών χρωματικών pixel και αυτός ο νέος σχεδιασμός θα μπορούσε να καταστήσει τις οργανικές φωτοδιόδους υψηλής απόδοσης ένα σημαντικό συστατικό των μονάδων απεικόνισης και των φωτοαισθητήρων για μια ποικιλία εφαρμογών».
Πιο πρακτικοί οργανικοί φωτοανιχνευτές
Τα περισσότερα οργανικά υλικά δεν είναι κατάλληλα για μαζική παραγωγή λόγω της ευαισθησίας τους στη θερμοκρασία. Είτε δεν μπορούν να αντέξουν τις υψηλές θερμοκρασίες που χρησιμοποιούνται για την μετεπεξεργασία είτε γίνονται ασταθή όταν χρησιμοποιούνται σε μέτριες θερμοκρασίες για μεγάλα χρονικά διαστήματα. Για να ξεπεράσουν αυτήν την πρόκληση, οι επιστήμονες έχουν επικεντρωθεί στην τροποποίηση του στρώματος buffer του φωτοανιχνευτή για να βελτιώσουν τη σταθερότητα, την απόδοση και την ανίχνευση. Η ανιχνευσιμότητα είναι ένα μέτρο του πόσο καλά ένας αισθητήρας μπορεί να ανιχνεύσει ασθενή σήματα. «Εισαγάγαμε μια γραμμή χαλκού μπάνιου (BCP): στρώμα buffer υβριδικού C60 ως στρώμα μεταφοράς ηλεκτρονίων, το οποίο δίνει στον οργανικό φωτοανιχνευτή ειδικές ιδιότητες, όπως υψηλότερη απόδοση και εξαιρετικά χαμηλό σκοτεινό ρεύμα, το οποίο μειώνει τον θόρυβο», λέει ο Sungjun Park. Ο φωτοανιχνευτής μπορεί να τοποθετηθεί σε μια φωτοδίοδο πυριτίου με κόκκινα και μπλε φίλτρα για να δημιουργήσει έναν υβριδικό αισθητήρα εικόνας.
Οι ερευνητές δείχνουν ότι ο νέος φωτοανιχνευτής παρουσιάζει ποσοστά ανίχνευσης συγκρίσιμα με αυτά των συμβατικών φωτοδιόδων πυριτίου. Ο ανιχνευτής λειτούργησε σταθερά για 2 ώρες σε θερμοκρασίες άνω των 150 °C και έδειξε μακροπρόθεσμη λειτουργική σταθερότητα για 30 ημέρες στους 85 °C. Αυτοί οι φωτοανιχνευτές παρουσιάζουν επίσης καλή απόδοση χρώματος.
Στη συνέχεια, σχεδιάζουν να προσαρμόσουν νέους φωτοανιχνευτές και υβριδικούς αισθητήρες εικόνας για μια ποικιλία εφαρμογών, όπως κινητούς και φορητούς αισθητήρες (συμπεριλαμβανομένων αισθητήρων εικόνας CMOS), αισθητήρες εγγύτητας και συσκευές δακτυλικών αποτυπωμάτων σε οθόνες.
Ώρα δημοσίευσης: 07 Ιουλίου 2023