Onderzoekers hebben nieuwe, groen licht absorberende, transparante organische fotodetectoren ontwikkeld en gedemonstreerd. Deze zijn zeer gevoelig en compatibel met CMOS-productiemethoden. De integratie van deze nieuwe fotodetectoren in hybride siliconenbeeldsensoren kan nuttig zijn voor vele toepassingen. Deze toepassingen omvatten onder andere lichtgebaseerde hartslagmeting, vingerafdrukherkenning en apparaten die de aanwezigheid van objecten in de buurt detecteren.
Of ze nu worden gebruikt in smartphones of wetenschappelijke camera's, de meeste beeldsensoren zijn tegenwoordig gebaseerd op CMOS-technologie en anorganische fotodetectoren die lichtsignalen omzetten in elektrische signalen. Hoewel fotodetectoren van organische materialen de aandacht trekken omdat ze de gevoeligheid kunnen verbeteren, is het tot nu toe moeilijk gebleken om hoogwaardige organische fotodetectoren te produceren.
Co-hoofdonderzoeker Sungjun Park van de Ajou Universiteit in Zuid-Korea zei: "Het integreren van organische fotodetectoren in massaal geproduceerde CMOS-beeldsensoren vereist organische lichtabsorbeerders die eenvoudig op grote schaal te produceren zijn en die in staat zijn tot levendige beeldherkenning om scherpe beelden te produceren met hoge framesnelheden in het donker. We hebben transparante, groengevoelige organische fotodiodes ontwikkeld die aan deze eisen voldoen."
De onderzoekers beschrijven de nieuwe organische fotodetector in het tijdschrift Optica. Ze creëerden ook een hybride RGB-beeldsensor door een transparante, groen absorberende organische fotodetector te superponeren op een siliciumfotodiode met rode en blauwe filters.
Kyung-Bae Park, mede-leider van het onderzoeksteam van het Samsung Advanced Institute of Technology (SAIT) in Zuid-Korea, zei: "Dankzij de introductie van een hybride organische bufferlaag vermindert de groenselectieve lichtabsorberende organische laag die in deze beeldsensoren wordt gebruikt de overspraak tussen verschillende kleurpixels aanzienlijk, en dit nieuwe ontwerp zou hoogwaardige organische fotodiodes een belangrijk onderdeel kunnen maken van beeldmodules en fotosensoren voor diverse toepassingen."
Meer praktische organische fotodetectoren
De meeste organische materialen zijn niet geschikt voor massaproductie vanwege hun temperatuurgevoeligheid. Ze zijn ofwel niet bestand tegen de hoge temperaturen die worden gebruikt voor nabehandeling, ofwel worden ze instabiel bij langdurig gebruik bij gematigde temperaturen. Om deze uitdaging het hoofd te bieden, hebben wetenschappers zich gericht op het aanpassen van de bufferlaag van de fotodetector om de stabiliteit, efficiëntie en detectie te verbeteren. Detecteerbaarheid is een maatstaf voor hoe goed een sensor zwakke signalen kan detecteren. "We hebben een badkoperlijn (BCP): C60 hybride bufferlaag geïntroduceerd als elektronentransportlaag, wat de organische fotodetector speciale eigenschappen geeft, waaronder een hogere efficiëntie en een extreem lage donkerstroom, wat ruis vermindert", aldus Sungjun Park. De fotodetector kan op een siliciumfotodiode met rode en blauwe filters worden geplaatst om een hybride beeldsensor te creëren.
De onderzoekers tonen aan dat de nieuwe fotodetector detectiesnelheden laat zien die vergelijkbaar zijn met die van conventionele siliciumfotodiodes. De detector werkte stabiel gedurende 2 uur bij temperaturen boven 150 °C en toonde een langdurige operationele stabiliteit van 30 dagen bij 85 °C. Deze fotodetectoren vertonen ook goede kleurprestaties.
Vervolgens zijn ze van plan om nieuwe fotodetectoren en hybride beeldsensoren aan te passen voor uiteenlopende toepassingen, zoals sensoren voor mobiel en draagbaar gebruik (waaronder CMOS-beeldsensoren), nabijheidssensoren en vingerafdruksensoren op beeldschermen.
Plaatsingstijd: 07-07-2023