Исследователи из Южной Кореи разработали и продемонстрировали новые прозрачные органические фотодетекторы, поглощающие зеленый свет, которые обладают высокой чувствительностью и совместимы с методами серийного производства микросхем на основе CMOS (технологии, обозначаемой как «комплементарный металлооксидный полупроводник», или КМОП). Об этом сообщает портал SciTechDaily.
Большинство современных датчиков изображения (от камер смартфонов до мощных научных приборов) основаны на технологии CMOS и неорганических фотодетекторах, которые преобразуют световые сигналы в электрические. Хотя фотодетекторы, изготовленные из органических материалов, считаются весьма перспективными (в частности потому, что они способны помочь повысить чувствительность), вплоть до настоящего времени было сложно производить эти устройства с достаточно высокими характеристиками.
«Для включения органических фотодетекторов в серийно производимые КМОП-сенсоры требуются органические светопоглотители, которые легко изготавливать в больших масштабах и которые могут обеспечить четкое распознавание изображений и создавать четкие изображения в темноте с высокой частотой кадров», – отметил Сунгджун Пак из Университета AJOU в городе Сувон (Республика Корея), один из руководителей исследовательской группы, успешно разработавшей прозрачные органические фотодиоды, чувствительные к зеленому цвету, которые соответствуют требованиям массового производства КМОП-сенсоров.
«Селективный к зеленому светопоглощающий органический слой, используемый в наших новых датчиках изображения, значительно уменьшил перекрестные помехи между пикселями разного цвета благодаря введению смешанного органического буферного слоя. Такая конструкция может позволить высокопроизводительным органическим фотодиодам стать основным компонентом модулей обработки изображений и оптоэлектронных датчиков, используемых в различных приложениях», – подчеркнул соруководитель исследовательской группы Пак Кьюнг-Бэ из Института передовых технологий Samsung (SAIT).
Большинство органических материалов не подходили для массового производства главным образом из-за их чувствительности к температуре. Либо они не выдерживают высоких температур, используемых для постобработки, либо становятся нестабильными при длительном использовании при умеренных температурах. Чтобы преодолеть эту проблему, южнокорейские ученые сосредоточились на модификации буферного слоя фотодетектора для повышения стабильности, эффективности и детектирующей способности (последнее – это показатель того, насколько хорошо датчик может обнаруживать слабые сигналы).
«Мы применили так называемый батокупроин (BCP): C60 в качестве смешанного буферного слоя, переносящего электроны. Это дало органическим фотодетекторам исключительные характеристики, в том числе более высокую эффективность и чрезвычайно низкий темновой ток, что снижает шум», – пояснил Сунгджун Пак.
Новый фотодетектор, в частности, можно разместить на кремниевом фотодиоде с красным и синим фильтрами для создания гибридного датчика изображения. Исследователи продемонстрировали, что их устройства обладают детектирующей способностью, сравнимой с обычными кремниевыми фотодиодами.
Тесты показали, что новые детекторы стабильно работали при температурах выше 150 °C в течение 2 часов и продемонстрировали долговременную стабильность работы при 85 °C в течение 30 дней. Фотодетекторы также продемонстрировали хорошую цветопередачу.
В дальнейшем ученые планируют адаптировать новые фотодетекторы и гибридные датчики изображения для широкого спектра применений в различных устройствах, таких как мобильные и носимые датчики (включая датчики изображения CMOS), датчики приближения и устройства распознавания отпечатков пальцев на дисплее.