Onderzoekers hebben nieuwe groenlichtabsorberende transparante organische fotodetectoren ontwikkeld en gedemonstreerd die zeer gevoelig zijn en compatibel zijn met CMOS-fabricagemethoden. Het opnemen van deze nieuwe fotodetectoren in hybride beeldsensoren van organisch silicium kan nuttig zijn voor toepassingen zoals op licht gebaseerde hartslagmonitoring, 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 van tegenwoordig zijn gebaseerd op CMOS-technologie en anorganische fotodetectoren die lichtsignalen omzetten in elektrische signalen. Hoewel fotodetectoren gemaakt van organische materialen de aandacht trekken omdat ze bijvoorbeeld de gevoeligheid kunnen verhogen, is het moeilijk gebleken om hoogwaardige organische fotodetectoren te fabriceren.

"Om organische fotodetectoren in massaproductie CMOS-beeldsensoren op te nemen, zijn organische lichtabsorbers nodig die gemakkelijk op grote schaal kunnen worden vervaardigd en levendige beeldherkenning kunnen bereiken en in het donker onderscheidende beelden kunnen produceren met een hoge framesnelheid", zegt Sungjun Park van Ajou University in de Republiek Korea, die het onderzoeksteam leidde. "We hebben transparante, groengevoelige organische fotodiodes ontwikkeld die aan deze eisen kunnen voldoen."

De onderzoekers beschrijven de nieuwe organische fotodetectoren in Optica logboek. Ze creëerden ook een hybride RGB-beeldsensor door de transparante groenabsorberende organische fotodetector op een siliciumfotodiode met rode en blauwe filters te plaatsen.

"De groen-selectieve lichtabsorberende organische laag die in deze beeldsensoren wordt gebruikt, verminderde de overspraak tussen de verschillende gekleurde pixels aanzienlijk dankzij de introductie van een gemengde organische bufferlaag", zegt Kyung-Bae Park, medeleider van het onderzoeksteam van het Samsung Advanced Institute. of Technology (SAIT) in de Republiek Korea. "Dankzij dit nieuwe ontwerp kunnen hoogwaardige organische fotodiodes het belangrijkste onderdeel worden voor beeldvormingsmodules en opto-elektronische sensoren die in verschillende toepassingen worden gebruikt."

Meer praktische organische fotodetectoren

De meeste organische materialen zijn niet geschikt voor massaproductie omdat ze niet bestand zijn tegen de hoge temperaturen die worden gebruikt voor nabewerking of omdat ze onstabiel worden bij langdurig gebruik bij matige temperaturen. Om deze uitdaging het hoofd te bieden, concentreerden de onderzoekers zich op het aanpassen van de bufferlaag van de fotodetector om de stabiliteit, efficiëntie en detectiviteit te verbeteren. Detectiviteit is een maatstaf voor hoe goed een sensor zwakke signalen kan detecteren. "We hebben een bathocuproine (BCP):C60 gemengde bufferlaag geïntroduceerd als een elektronentransporterende laag", zegt Sungjun Park. "Dit gaf de organische fotodetectoren uitzonderlijke eigenschappen, waaronder een hogere efficiëntie en een extreem lage donkerstroom, die ruis vermindert." Deze fotodetector kan op een silicium fotodiode met rode en blauwe filters worden geplaatst om een ​​hybride beeldsensor te creëren.

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. + Verder verkennen

Reducing traps increases performance of organic photodetectors