Forscher haben neue grünes Licht absorbierende transparente organische Fotodetektoren entwickelt und demonstriert, die hochempfindlich und mit CMOS-Herstellungsmethoden kompatibel sind. Die Integration dieser neuen Fotodetektoren in Silizium-Hybrid-Bildsensoren könnte für viele Anwendungen nützlich sein. Zu diesen Anwendungen gehören die lichtbasierte Herzfrequenzüberwachung, die Fingerabdruckerkennung und Geräte, die die Anwesenheit von Objekten in der Nähe erkennen.
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 Aufmerksamkeit erregen, weil sie zur Verbesserung der Empfindlichkeit beitragen können, hat es sich bisher als schwierig erwiesen, leistungsstarke organische Fotodetektoren herzustellen.
Der leitende Forscher Sungjun Park von der Ajou-Universität 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 scharfe Bilder zu erzeugen.“ bei hohen Bildraten im Dunkeln. Wir haben transparente, grünempfindliche organische Fotodioden entwickelt, die diese Anforderungen erfüllen können.“
Die Forscher beschreiben den neuen organischen Fotodetektor in der Fachzeitschrift Optica. Sie schufen 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 vom Samsung Advanced Institute of Technology (SAIT) in Südkorea, sagte: „Dank der Einführung einer hybriden organischen Pufferschicht wurde die grünselektive lichtabsorbierende organische Schicht verwendet.“ in diesen Bildsensoren reduziert das Übersprechen zwischen verschiedenen Farbpixeln erheblich, und dieses neue Design könnte leistungsstarke organische Fotodioden zu einem Hauptbestandteil von Bildgebungsmodulen 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 halten sie den hohen Temperaturen bei der Nachbehandlung nicht stand oder werden bei längerem Einsatz bei moderaten Temperaturen instabil. Um diese Herausforderung zu meistern, haben sich Wissenschaftler darauf konzentriert, die Pufferschicht des Fotodetektors zu modifizieren, um Stabilität, Effizienz und Erkennung zu verbessern. Die Erkennbarkeit ist ein Maß dafür, wie gut ein Sensor schwache Signale erkennen kann. „Wir haben eine Bad-Kupfer-Leitung (BCP): C60-Hybridpufferschicht als Elektronentransportschicht eingeführt, die dem organischen Fotodetektor besondere Eigenschaften verleiht, darunter eine höhere Effizienz und einen extrem niedrigen Dunkelstrom, was das Rauschen reduziert“, sagt Sungjun Park. Der Fotodetektor kann auf einer Silizium-Fotodiode mit Rot- und Blaufiltern platziert werden, um einen Hybridbildsensor zu erstellen.
Die Forscher zeigen, dass der neue Fotodetektor Detektionsraten aufweist, die mit denen herkömmlicher Silizium-Fotodioden vergleichbar sind. Der Detektor arbeitete 2 Stunden lang stabil bei Temperaturen über 150 °C und zeigte eine Langzeitbetriebsstabilität von 30 Tagen bei 85 °C. Diese Fotodetektoren zeigen auch eine gute Farbleistung.
Als nächstes planen sie, neue Fotodetektoren und Hybrid-Bildsensoren für eine Vielzahl von Anwendungen anzupassen, beispielsweise mobile und tragbare Sensoren (einschließlich CMOS-Bildsensoren), Näherungssensoren und Fingerabdruckgeräte auf Displays.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 07.07.2023