Forskare tillverkade grönabsorberande genomskinliga organiska fotodetektorer som är mycket känsliga och kompatibla med CMOS-tillverkningsmetoder. De kombinerade en av dessa gröna organiska fotodetektorer med en kiselfotodiod med röda och blå filter för att skapa en hybrid RGB-avbildningssensor av organiskt kisel. Kredit:Sungjun Park, Ajou University
Forskare har utvecklat och demonstrerat nya transparenta organiska fotodetektorer som absorberar grönt ljus som är mycket känsliga och kompatibla med CMOS-tillverkningsmetoder. Att införliva dessa nya fotodetektorer i hybridbildsensorer av organiskt kisel kan vara användbart för applikationer som ljusbaserad hjärtfrekvensövervakning, fingeravtrycksigenkänning och enheter som upptäcker närvaron av närliggande föremål.
Oavsett om de används i smartphones eller vetenskapliga kameror är de flesta av dagens bildsensorer baserade på CMOS-teknik och oorganiska fotodetektorer som omvandlar ljussignaler till elektriska signaler. Även om fotodetektorer gjorda av organiska material väcker uppmärksamhet eftersom de till exempel kan hjälpa till att öka känsligheten, har det visat sig svårt att tillverka högpresterande organiska fotodetektorer.
"För att organiska fotodetektorer ska kunna integreras i massproducerade CMOS-bildsensorer krävs organiska ljusabsorbenter som är lätta att tillverka i stor skala och som kan åstadkomma levande bildigenkänning och producera distinkta bilder i mörker med hög bildhastighet", säger Sungjun Park från Ajou University i Republiken Korea, som medledde forskargruppen. "Vi utvecklade transparenta grönkänsliga organiska fotodioder som kan uppfylla dessa krav."
Forskarna beskriver de nya organiska fotodetektorerna i Optica tidning. De skapade också en hybrid RGB-avbildningssensor genom att överlagra den transparenta grönabsorberande organiska fotodetektorn på en kiselfotodiod med röda och blå filter.
"Det grönselektiva ljusabsorberande organiska skiktet som används i dessa bildsensorer minskade avsevärt överhörning mellan de olika färgade pixlarna tack vare införandet av ett blandat organiskt buffertskikt", säger forskargruppens medledare Kyung-Bae Park från Samsung Advanced Institute of Technology (SAIT) i Republiken Korea. "Denna nya design kan tillåta högpresterande organiska fotodioder att bli huvudkomponenten för bildmoduler och optoelektroniska sensorer som används i en mängd olika applikationer."
Mer praktiska organiska fotodetektorer
De flesta organiska material är inte lämpliga för massproduktion eftersom de inte tål de höga temperaturer som används för efterbearbetning eller så blir de instabila vid långvarig användning vid måttliga temperaturer. För att övervinna denna utmaning fokuserade forskarna på att modifiera fotodetektorns buffertskikt för att förbättra stabilitet, effektivitet och detektivitet. Detektivitet är ett mått på hur väl en sensor kan upptäcka svaga signaler."Vi introducerade ett batokuproin (BCP):C60 blandat buffertskikt som ett elektrontransporterande lager", säger Sungjun Park. "Detta gav de organiska fotodetektorerna exceptionella egenskaper, inklusive högre effektivitet och en extremt låg mörkström, vilket minskar brus." Denna fotodetektor kan placeras på en silikonfotodiod med röda och blå filter för att skapa en hybridbildsensor.
The researchers showed that the new photodetectors exhibited a detectivity comparable to those of conventional silicon photodiodes. The detectors operated stably under temperatures above 150 °C for 2 hours and showed long-term operational stability at 85 °C for 30 days. The photodetectors also exhibited good color expression.
Next, they plan to tailor the new photodetectors and hybrid image sensor for use in various applications such as mobile and wearable sensors (including CMOS image sensors), proximity sensors and fingerprint-on-display devices. + Utforska vidare
