Οι ερευνητές ανέπτυξαν και επέδειξαν νέους διαφανείς οργανικούς φωτοανιχνευτές που απορροφούν το 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 παρακολούθηση καρδιακού ρυθμού με βάση το φως, αναγνώριση δακτυλικών αποτυπωμάτων και συσκευές που ανιχνεύουν την παρουσία κοντινών αντικειμένων.
Είτε χρησιμοποιούνται σε smartphone 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 από οργανικά υλικά προσελκύουν την προσοχή επειδή μπορούν να βοηθήσουν στη βελτίωση της ευαισθησίας, μέχρι στιγμής έχει αποδειχθεί δύσκολη η κατασκευή οργανικών φωτοανιχνευτών 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 μπορούν να αναγνωρίζουν ζωντανές εικόνες για να παράγουν ευκρινείς εικόνες σε υψηλούς ρυθμούς καρέ στο σκοτάδι. Έχουμε αναπτύξει διαφανείς, ευαίσθητες στο πράσινο οργανικές φωτοδίοδοι που μπορούν να ικανοποιήσουν αυτές τις απαιτήσεις».
Οι ερευνητές περιγράφουν τον νέο οργανικό φωτοανιχνευτή στο περιοδικό Optica. Δημιούργησαν επίσης έναν υβριδικό αισθητήρα απεικόνισης RGB τοποθετώντας έναν διαφανή πράσινο απορροφητικό οργανικό φωτοανιχνευτή σε μια φωτοδίοδο πυριτίου με κόκκινα και μπλε φίλτρα.
Ο Kyung-Bae Park, συν-επικεφαλής της ερευνητικής ομάδας από το Προηγμένο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Samsung (SAIT) στη Νότια Κορέα, δήλωσε: «Χάρη στην εισαγωγή ενός υβριδικού οργανικού ρυθμιστικού στρώματος, χρησιμοποιήθηκε το πράσινο επιλεκτικό οργανικό στρώμα που απορροφά φως σε αυτούς τους αισθητήρες εικόνας μειώνει σημαντικά την αλληλεπίδραση μεταξύ διαφορετικών έγχρωμων εικονοστοιχείων και αυτός ο νέος σχεδιασμός θα μπορούσε να κάνει τις οργανικές φωτοδίοδοι υψηλής απόδοσης κύριο 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 μετεπεξεργασία είτε γίνονται ασταθείς όταν χρησιμοποιούνται σε μέτριες θερμοκρασίες για μεγάλες χρονικές περιόδους. Για να ξεπεράσουν αυτήν την πρόκληση, οι επιστήμονες έχουν επικεντρωθεί στην τροποποίηση του στρώματος προσωρινής αποθήκευσης του φωτοανιχνευτή για τη βελτίωση της σταθερότητας, της αποτελεσματικότητας και της ανίχνευσης. Η ανιχνευσιμότητα είναι ένα μέτρο του πόσο καλά ένας αισθητήρας μπορεί να ανιχνεύσει ασθενή σήματα. «Παρουσιάσαμε μια γραμμή χαλκού λουτρού (BCP): υβριδικό ρυθμιστικό στρώμα C60 ως στρώμα μεταφοράς ηλεκτρονίων, το οποίο δίνει στον οργανικό φωτοανιχνευτή ειδικές ιδιότητες, συμπεριλαμβανομένης της υψηλότερης απόδοσης και του εξαιρετικά χαμηλού σκοτεινού ρεύματος, που μειώνει τον θόρυβο», λέει ο Sungjun Park. Ο φωτοανιχνευτής μπορεί να τοποθετηθεί σε φωτοδίοδο πυριτίου με κόκκινα και μπλε φίλτρα για τη δημιουργία ενός υβριδικού αισθητήρα εικόνας.
Οι ερευνητές δείχνουν ότι ο νέος φωτοανιχνευτής παρουσιάζει ρυθμούς ανίχνευσης συγκρίσιμους με εκείνους των συμβατικών φωτοδιόδων πυριτίου. Ο ανιχνευτής λειτούργησε σταθερά για 2 ώρες σε θερμοκρασίες πάνω από 150 °C και έδειξε μακροχρόνια λειτουργική σταθερότητα για 30 ημέρες στους 85 °C. Αυτοί οι φωτοανιχνευτές δείχνουν επίσης καλή απόδοση χρώματος.
Στη συνέχεια, σχεδιάζουν να προσαρμόσουν νέους φωτοανιχνευτές και υβριδικούς αισθητήρες εικόνας για μια ποικιλία εφαρμογών, όπως κινητούς και φορετούς αισθητήρες (συμπεριλαμβανομένων αισθητήρων εικόνας CMOS), αισθητήρες εγγύτητας και συσκευές δακτυλικών αποτυπωμάτων στις οθόνες.
Ώρα δημοσίευσης: Ιουλ-07-2023