I ricercatori hanno sviluppato e dimostrato nuovi fotodetector organici trasparenti che assorbono la luce verde, altamente sensibili e compatibili con i metodi di produzione CMOS. L'integrazione di questi nuovi fotodetector in sensori di immagine ibridi in silicone potrebbe essere utile per numerose applicazioni, tra cui il monitoraggio della frequenza cardiaca basato sulla luce, il riconoscimento delle impronte digitali e dispositivi che rilevano la presenza di oggetti nelle vicinanze.
Che siano utilizzati negli smartphone o nelle fotocamere scientifiche, la maggior parte dei sensori di imaging odierni si basa sulla tecnologia CMOS e su fotodetector inorganici che convertono i segnali luminosi in segnali elettrici. Sebbene i fotodetector realizzati in materiali organici stiano attirando l'attenzione perché possono contribuire a migliorare la sensibilità, finora si è rivelato difficile produrre fotodetector organici ad alte prestazioni.
Il ricercatore co-responsabile Sungjun Park, dell'Università di Ajou in Corea del Sud, ha dichiarato: "L'integrazione di fotorilevatori organici nei sensori di immagine CMOS prodotti in serie richiede assorbitori di luce organici facili da produrre su larga scala e in grado di riconoscere immagini vivide per produrre immagini nitide ad alta frequenza di fotogrammi al buio. Abbiamo sviluppato fotodiodi organici trasparenti e sensibili al verde in grado di soddisfare questi requisiti".
I ricercatori descrivono il nuovo fotodiodo organico sulla rivista Optica. Hanno anche creato un sensore di imaging RGB ibrido sovrapponendo un fotodiodo organico trasparente ad assorbimento verde a un fotodiodo al silicio con filtri rosso e blu.
Kyung-Bae Park, co-leader del team di ricerca del Samsung Advanced Institute of Technology (SAIT) in Corea del Sud, ha affermato: "Grazie all'introduzione di uno strato tampone organico ibrido, lo strato organico che assorbe la luce selettiva nel verde utilizzato in questi sensori di immagini riduce notevolmente la diafonia tra pixel di colore diverso e questo nuovo design potrebbe rendere i fotodiodi organici ad alte prestazioni un componente importante dei moduli di imaging e dei fotosensori per una varietà di applicazioni".
Fotodetectori organici più pratici
La maggior parte dei materiali organici non è adatta alla produzione di massa a causa della loro sensibilità alla temperatura. Non possono resistere alle alte temperature utilizzate per il post-trattamento o diventano instabili se utilizzati a temperature moderate per lunghi periodi di tempo. Per superare questa sfida, gli scienziati si sono concentrati sulla modifica dello strato tampone del fotodiodo per migliorarne stabilità, efficienza e capacità di rilevamento. La rilevabilità è una misura di quanto bene un sensore riesca a rilevare segnali deboli. "Abbiamo introdotto uno strato tampone ibrido Bath Copper Line (BCP): C60 come strato di trasporto degli elettroni, che conferisce al fotodiodo organico proprietà speciali, tra cui una maggiore efficienza e una corrente di buio estremamente bassa, che riduce il rumore", afferma Sungjun Park. Il fotodiodo può essere posizionato su un fotodiodo al silicio con filtri rosso e blu per creare un sensore di immagini ibrido.
I ricercatori dimostrano che il nuovo fotodiodo presenta velocità di rilevamento paragonabili a quelle dei fotodiodi al silicio convenzionali. Il rivelatore ha funzionato stabilmente per 2 ore a temperature superiori a 150 °C e ha mostrato una stabilità operativa a lungo termine per 30 giorni a 85 °C. Questi fotodiodo mostrano anche buone prestazioni cromatiche.
In futuro, intendono personalizzare nuovi fotodetectori e sensori di immagini ibridi per una varietà di applicazioni, come sensori mobili e indossabili (inclusi i sensori di immagini CMOS), sensori di prossimità e dispositivi per impronte digitali sui display.
Data di pubblicazione: 07-07-2023