Wetenschap
Organische infraroodfotodetectoren bieden vooruitgang in beeldtechnologie
De vraag naar goedkope focal-plane arrays met een hoog aantal pixels in de nabij-infrarood- (NIR) en kortegolf-infraroodspectra (SWIR) is enorm gestegen vanwege hun potentiële toepassingen in AI-gestuurde technologieën zoals 3D-gezichtsidentificatie. , augmented/virtual reality, robotica en autonome voertuigen. Traditionele SWIR-fotodiodes zijn afhankelijk van kristallijn germanium (Ge) of indium-galliumarsenide (InGaAs), die beperkingen hebben, waaronder hoge donkerstroom en complexe fabricageprocessen. De komst van organische halfgeleiders biedt een veelbelovend alternatief, met het potentieel voor eenvoudigere fabricage en afstembare optische eigenschappen.
Onderzoekers van de South China University of Technology hebben een klasse van op organische halfgeleiders gebaseerde infraroodfotodetectoren gecreëerd die klaar zijn om beeldtechnologie te transformeren. Een studie gepubliceerd in het Chinese Journal of Polymer Science onthult dat deze organische fotodiodes kunnen functioneren over een breed scala aan golflengten, van bijna-ultraviolet tot kortegolf-infrarood, en beter presteren dan traditionele anorganische detectoren.
Met behulp van polymeerhalfgeleiders met smalle bandafstanden creëerde het team dunnefilmfotodiodes die een breed scala aan infrarode golflengten kunnen detecteren. Deze nieuwe technologie bereikt prestatieniveaus die wedijveren met traditionele anorganische fotodetectoren, zoals die gemaakt van indium gallium arsenide (InGaAs), maar tegen een fractie van de kosten.
De onderzoekers combineerden strategieën van een groter heteroatoom, een regioreguliere ruggengraat en een uitgebreide vertakkingspositie op zijketens om polymeerhalfgeleiders te ontwikkelen met een spectrale respons die reikt van nabij-ultraviolet tot kortegolf-infrarood.
De resulterende apparaten vertoonden een indrukwekkende specifieke detectievermogen en bereikten 5,55×10 12 Jones op 1,15 μm, concurrerend met op InGaAs gebaseerde detectoren. Deze organische fotodetectoren werden samengevoegd tot beeldarrays met een hoge pixeldichtheid, met het unieke kenmerk dat er geen patronen op pixelniveau in de detectielaag nodig zijn. Deze aanpak vereenvoudigt het productieproces en verlaagt de kosten aanzienlijk.
Prof. Fei Huang, een van de leidende onderzoekers, zei:"Onze ontwikkeling van organische fotodetectoren markeert een cruciale stap in de richting van kosteneffectieve, hoogwaardige infraroodbeeldvormingstechnologie. Deze apparaten bieden een flexibel en schaalbaar alternatief voor traditionele anorganische fotodiodes, met potentieel toepassingen variërend van industriële robotica tot medische diagnostiek."
Deze nieuwe organische fotodetectoren kunnen gevolgen hebben voor verschillende industrieën. Ze bieden een goedkoop alternatief voor beeldvormingssystemen die worden gebruikt in de beveiliging en bewaking. Bovendien zou de op organische stoffen gebaseerde technologie kunnen leiden tot meer betaalbare en toegankelijke medische beeldvormingsapparatuur, waardoor een bredere toepassing in de gezondheidszorg mogelijk wordt. De flexibiliteit en schaalbaarheid van deze apparaten openen ook deuren naar innovatieve toepassingen op het gebied van kunstmatige intelligentie en robotica.