Efterfrågan på högt pixelantal, lågkostnads focal-plane arrays i nära-infraröd (NIR) och kortvåglängds infraröd (SWIR) spektra har ökat på grund av deras potentiella tillämpningar inom AI-driven teknik som 3D-ansiktsidentifiering , augmented/virtual reality, robotik och autonoma fordon. Traditionella SWIR-fotodioder förlitar sig på kristallint germanium (Ge) eller indiumgalliumarsenid (InGaAs), som har begränsningar inklusive hög mörkström och komplexa tillverkningsprocesser. Tillkomsten av organiska halvledare erbjuder ett lovande alternativ, med potential för enklare tillverkning och avstämbara optiska egenskaper.
Forskare från South China University of Technology har skapat en klass av organiska halvledarbaserade infraröda fotodetektorer som är redo att omvandla bildteknik. En studie publicerad i Chinese Journal of Polymer Science avslöjar att dessa organiska fotodioder kan fungera över ett brett spektrum av våglängder, från nästan ultraviolett till kortvågigt infrarött, vilket överträffar traditionella oorganiska detektorer.
Genom att använda polymerhalvledare med smala bandgap skapade teamet tunnfilmsfotodioder som kan detektera ett brett spektrum av infraröda våglängder. Denna nya teknik uppnår prestandanivåer som konkurrerar med traditionella oorganiska fotodetektorer, som de som är gjorda av indiumgalliumarsenid (InGaAs), men till en bråkdel av kostnaden.
Forskarna kombinerade strategier med en större heteroatom, en regio-regelbunden ryggrad och en utökad förgreningsposition på sidokedjorna för att utveckla polymerhalvledare med ett spektralt svar som spänner från nära ultraviolett till kortvågigt infrarött.
De resulterande enheterna uppvisade imponerande specifik detektivitet och nådde 5,55×10 12 Jones på 1,15 μm, konkurrenskraftig med InGaAs-baserade detektorer. Dessa organiska fotodetektorer sattes ihop till bilduppsättningar med hög pixeldensitet, med den unika egenskapen att inte kräva mönster på pixelnivå i avkänningsskiktet. Detta tillvägagångssätt förenklar tillverkningsprocessen och minskar kostnaderna avsevärt.
Prof. Fei Huang, en av de ledande forskarna, sa:"Vår utveckling av organiska fotodetektorer markerar ett avgörande steg mot kostnadseffektiv, högpresterande infraröd avbildningsteknik. Dessa enheter erbjuder ett flexibelt och skalbart alternativ till traditionella oorganiska fotodioder, med potential applikationer som sträcker sig från industriell robotik till medicinsk diagnostik."
Dessa nya organiska fotodetektorer kan påverka flera industrier. De erbjuder ett billigt alternativ för bildbehandlingssystem som används inom säkerhet och övervakning. Dessutom kan den organiskt baserade tekniken leda till mer prisvärda och tillgängliga medicinska bildbehandlingsenheter, vilket möjliggör en bredare användning i hälsovårdsmiljöer. Flexibiliteten och skalbarheten hos dessa enheter öppnar också dörrar till innovativa tillämpningar inom artificiell intelligens och robotik.
Mer information: Zhi-Ming Zhong et al, Infraröda fotodetektorer och bildmatriser gjorda med organiska halvledare, Chinese Journal of Polymer Science (2023). DOI:10.1007/s10118-023-2973-8
Tillhandahålls av Chinese Academy of Sciences
