Forscher haben neue transparente organische Fotodetektoren entwickelt und vorgestellt, die grünes Licht absorbieren, hochempfindlich und mit CMOS-Herstellungsverfahren kompatibel sind. Die Integration dieser neuen Fotodetektoren in Silikon-Hybrid-Bildsensoren könnte für viele Anwendungen nützlich sein. Zu diesen Anwendungen gehören die lichtbasierte Herzfrequenzüberwachung, die Fingerabdruckerkennung und Geräte zur Erkennung von Objekten in der Nähe.
Ob in Smartphones oder wissenschaftlichen Kameras – die meisten Bildsensoren basieren heute auf CMOS-Technologie und anorganischen Fotodetektoren, die Lichtsignale in elektrische Signale umwandeln. Obwohl Fotodetektoren aus organischen Materialien aufgrund ihrer höheren Empfindlichkeit zunehmend an Bedeutung gewinnen, hat sich die Herstellung leistungsstarker organischer Fotodetektoren bisher als schwierig erwiesen.
Co-Leiter der Studie, Sungjun Park von der Ajou University in Südkorea, sagte: „Der Einbau organischer Fotodetektoren in massenproduzierte CMOS-Bildsensoren erfordert organische Lichtabsorber, die sich einfach in großem Maßstab herstellen lassen und eine lebendige Bilderkennung ermöglichen, um auch im Dunkeln scharfe Bilder mit hohen Bildraten zu erzeugen. Wir haben transparente, grünempfindliche organische Fotodioden entwickelt, die diese Anforderungen erfüllen.“
Die Forscher beschreiben den neuen organischen Fotodetektor in der Fachzeitschrift Optica. Sie entwickelten außerdem einen hybriden RGB-Bildsensor, indem sie einen transparenten, grün absorbierenden organischen Fotodetektor auf eine Silizium-Fotodiode mit Rot- und Blaufiltern legten.
Kyung-Bae Park, Co-Leiter des Forschungsteams am Samsung Advanced Institute of Technology (SAIT) in Südkorea, sagte: „Dank der Einführung einer hybriden organischen Pufferschicht reduziert die in diesen Bildsensoren verwendete grünselektive lichtabsorbierende organische Schicht das Übersprechen zwischen verschiedenen Farbpixeln erheblich, und dieses neue Design könnte leistungsstarke organische Fotodioden zu einem Hauptbestandteil von Bildmodulen und Fotosensoren für eine Vielzahl von Anwendungen machen.“
Praktischere organische Fotodetektoren
Die meisten organischen Materialien sind aufgrund ihrer Temperaturempfindlichkeit nicht für die Massenproduktion geeignet. Entweder vertragen sie die hohen Temperaturen der Nachbehandlung nicht oder werden bei längerer Verwendung bei mittleren Temperaturen instabil. Um dieses Problem zu lösen, haben Wissenschaftler die Pufferschicht des Fotodetektors modifiziert, um Stabilität, Effizienz und Detektionsfähigkeit zu verbessern. Die Detektionsfähigkeit ist ein Maß dafür, wie gut ein Sensor schwache Signale erkennen kann. „Wir haben eine hybride Pufferschicht aus Bath Copper Line (BCP):C60 als Elektronentransportschicht eingeführt, die dem organischen Fotodetektor besondere Eigenschaften verleiht, darunter eine höhere Effizienz und einen extrem niedrigen Dunkelstrom, der das Rauschen reduziert“, sagt Sungjun Park. Der Fotodetektor kann auf einer Silizium-Fotodiode mit Rot- und Blaufiltern platziert werden, um einen hybriden Bildsensor zu bilden.
Die Forscher zeigen, dass der neue Fotodetektor vergleichbare Detektionsraten wie herkömmliche Silizium-Fotodioden aufweist. Der Detektor funktionierte zwei Stunden lang stabil bei Temperaturen über 150 °C und zeigte eine Langzeitstabilität von 30 Tagen bei 85 °C. Die Fotodetektoren zeichnen sich zudem durch eine gute Farbwiedergabe aus.
Als nächstes planen sie, neue Fotodetektoren und hybride Bildsensoren für eine Vielzahl von Anwendungen anzupassen, beispielsweise mobile und tragbare Sensoren (einschließlich CMOS-Bildsensoren), Näherungssensoren und Fingerabdruckgeräte auf Displays.
Beitragszeit: 07.07.2023