I ricercatori hanno sviluppato e dimostrato nuovi fotorivelatori organici trasparenti che assorbono la luce verde, altamente sensibili e compatibili con i metodi di produzione CMOS. L'integrazione di questi nuovi fotorivelatori nei sensori di immagine ibridi al silicio potrebbe essere utile per numerose applicazioni, tra cui il monitoraggio della frequenza cardiaca tramite luce, il riconoscimento delle impronte digitali e i dispositivi per il rilevamento della presenza di oggetti nelle vicinanze.
Sia che vengano utilizzati negli smartphone che nelle fotocamere scientifiche, la maggior parte dei sensori di immagine odierni si basa sulla tecnologia CMOS e su fotorivelatori inorganici che convertono i segnali luminosi in segnali elettrici. Sebbene i fotorivelatori realizzati con materiali organici stiano attirando l'attenzione perché possono contribuire a migliorare la sensibilità, finora si è dimostrato difficile produrre fotorivelatori organici ad alte prestazioni.
Il co-responsabile della ricerca, Sungjun Park, dell'Università di Ajou in Corea del Sud, ha dichiarato: "L'integrazione di fotorivelatori 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 nitide per produrre immagini definite ad alti frame rate anche al buio. Abbiamo sviluppato fotodiodi organici trasparenti e sensibili al verde che soddisfano questi requisiti."
I ricercatori descrivono il nuovo fotorivelatore organico sulla rivista Optica. Hanno inoltre creato un sensore di immagine RGB ibrido sovrapponendo un fotorivelatore organico trasparente che assorbe la luce verde a un fotodiodo al silicio con filtri rossi e blu.
Kyung-Bae Park, co-responsabile del team di ricerca del Samsung Advanced Institute of Technology (SAIT) in Corea del Sud, ha dichiarato: "Grazie all'introduzione di uno strato tampone organico ibrido, lo strato organico selettivo per la luce verde utilizzato in questi sensori di immagine riduce notevolmente la diafonia tra i pixel di colori diversi, e questo nuovo design potrebbe rendere i fotodiodi organici ad alte prestazioni un componente fondamentale dei moduli di imaging e dei fotosensori per una varietà di applicazioni."
Fotorivelatori organici più pratici
La maggior parte dei materiali organici non è adatta alla produzione di massa a causa della loro sensibilità alla temperatura. Non riescono a sopportare le alte temperature utilizzate per il post-trattamento oppure diventano instabili se utilizzati a temperature moderate per lunghi periodi di tempo. Per superare questa difficoltà, gli scienziati si sono concentrati sulla modifica dello strato tampone del fotorivelatore per migliorarne la stabilità, l'efficienza e la capacità di rilevamento. La rilevabilità è una misura di quanto bene un sensore sia in grado di rilevare segnali deboli. "Abbiamo introdotto uno strato tampone ibrido di linea di rame del bagno (BCP): C60 come strato di trasporto degli elettroni, che conferisce al fotorivelatore organico proprietà speciali, tra cui una maggiore efficienza e una corrente di buio estremamente bassa, che riduce il rumore", afferma Sungjun Park. Il fotorivelatore può essere posizionato su un fotodiodo al silicio con filtri rossi e blu per creare un sensore di immagine ibrido.
I ricercatori dimostrano che il nuovo fotorivelatore presenta tassi di rilevamento paragonabili a quelli 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 fotorivelatori mostrano anche buone prestazioni cromatiche.
In seguito, prevedono di personalizzare nuovi fotorivelatori e sensori di immagine ibridi per una varietà di applicazioni, come sensori per dispositivi mobili e indossabili (inclusi sensori di immagine CMOS), sensori di prossimità e dispositivi per il riconoscimento delle impronte digitali sui display.
Data di pubblicazione: 7 luglio 2023