Onderzoekers hebben nieuwe, transparante, organische fotodetectoren ontwikkeld en gedemonstreerd die groen licht absorberen, zeer gevoelig zijn en compatibel met CMOS-productiemethoden. De integratie van deze nieuwe fotodetectoren in hybride beeldsensoren op basis van silicium kan nuttig zijn voor tal van toepassingen. Denk hierbij aan hartslagmeting op basis van licht, vingerafdrukherkenning en apparaten die de aanwezigheid van objecten in de buurt detecteren.
Of ze nu in smartphones of wetenschappelijke camera's worden gebruikt, 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 lastig gebleken om hoogwaardige organische fotodetectoren te produceren.
Co-hoofdonderzoeker Sungjun Park van de Ajou Universiteit in Zuid-Korea zei: "Om organische fotodetectoren in massaal geproduceerde CMOS-beeldsensoren te integreren, zijn organische lichtabsorbers nodig die gemakkelijk op grote schaal te produceren zijn en die levendige beeldherkenning mogelijk maken om scherpe beelden met hoge framesnelheden in het donker te produceren. 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 combineren met 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. Dit nieuwe ontwerp zou hoogwaardige organische fotodiodes tot een belangrijk onderdeel kunnen maken van beeldmodules en fotosensoren voor uiteenlopende toepassingen."
Praktischere organische fotodetectoren
De meeste organische materialen zijn niet geschikt voor massaproductie vanwege hun temperatuurgevoeligheid. Ze kunnen de hoge temperaturen die nodig zijn voor nabewerking niet verdragen of worden instabiel bij langdurig gebruik bij gematigde temperaturen. Om deze uitdaging te overwinnen, hebben wetenschappers zich gericht op het modificeren 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 hybride bufferlaag van Bath Copper Line (BCP) en C60 geïntroduceerd als elektronentransportlaag. Dit geeft de organische fotodetector speciale eigenschappen, 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 vertoont die vergelijkbaar zijn met die van conventionele siliciumfotodiodes. De detector functioneerde stabiel gedurende 2 uur bij temperaturen boven 150 °C en vertoonde een langdurige operationele stabiliteit van 30 dagen bij 85 °C. Deze fotodetectoren vertonen bovendien goede kleurweergave.
Vervolgens zijn ze van plan nieuwe fotodetectoren en hybride beeldsensoren op maat te maken voor diverse toepassingen, zoals mobiele en draagbare sensoren (waaronder CMOS-beeldsensoren), nabijheidssensoren en vingerafdrukscanners op beeldschermen.
Geplaatst op: 7 juli 2023