I ricercatori hanno sviluppato e dimostrato nuovi fotorilevatori organici trasparenti che assorbono la luce verde che sono altamente sensibili e compatibili con i metodi di fabbricazione CMOS. L'integrazione di questi nuovi fotorilevatori nei sensori di immagine ibridi di silicio organico potrebbe essere utile per applicazioni come il monitoraggio della frequenza cardiaca basato sulla luce, il riconoscimento delle impronte digitali e i dispositivi che rilevano la presenza di oggetti vicini.

Indipendentemente dal fatto che vengano utilizzati negli smartphone o nelle fotocamere scientifiche, la maggior parte dei sensori di imaging odierni si basa sulla tecnologia CMOS e su fotorivelatori inorganici che convertono i segnali luminosi in segnali elettrici. Sebbene i fotorilevatori realizzati con materiali organici attirino l'attenzione perché possono aiutare ad aumentare la sensibilità, ad esempio, si è rivelato difficile fabbricare fotorilevatori organici ad alte prestazioni.

"Affinché i fotorilevatori organici siano incorporati nei sensori di immagine CMOS prodotti in serie, sono necessari assorbitori di luce organici facili da fabbricare su larga scala e in grado di ottenere un riconoscimento dell'immagine vivido e produrre immagini distinte al buio con un frame rate elevato", ha affermato Sungjun Park di Ajou University nella Repubblica di Corea, che ha co-diretto il gruppo di ricerca. "Abbiamo sviluppato fotodiodi organici trasparenti sensibili al verde in grado di soddisfare questi requisiti."

I ricercatori descrivono i nuovi fotorilevatori organici in Optica rivista. Hanno anche creato un sensore di imaging RGB ibrido sovrapponendo il fotorilevatore organico trasparente che assorbe il verde su un fotodiodo al silicio con filtri rosso e blu.

"Lo strato organico selettivo del verde utilizzato in questi sensori di immagine ha ridotto considerevolmente la diafonia tra i diversi pixel colorati grazie all'introduzione di uno strato tampone organico misto", ha affermato Kyung-Bae Park, co-leader del team di ricerca del Samsung Advanced Institute of Technology (SAIT) nella Repubblica di Corea. "Questo nuovo design potrebbe consentire ai fotodiodi organici ad alte prestazioni di diventare il componente principale per moduli di imaging e sensori optoelettronici utilizzati in una varietà di applicazioni."

Fotorilevatori organici più pratici

La maggior parte dei materiali organici non sono adatti per la produzione di massa perché non possono resistere alle alte temperature utilizzate per la post-elaborazione o diventano instabili durante un uso prolungato a temperature moderate. To overcome this challenge the researchers focused on modifying the photodetector's buffer layer to improve stability, efficiency and detectivity. Detectivity is a measure of how well a sensor can detect weak signals."We introduced a bathocuproine (BCP):C60 mixed buffer layer as an electron transporting layer," said Sungjun Park. "This gave the organic photodetectors exceptional characteristics, including higher efficiency and an extremely low dark current, which reduces noise." This photodetector can be placed on a silicon photodiode with red and blue filters to create a hybrid image sensor.

The researchers showed that the new photodetectors exhibited a detectivity comparable to those of conventional silicon photodiodes. The detectors operated stably under temperatures above 150 °C for 2 hours and showed long-term operational stability at 85 °C for 30 days. The photodetectors also exhibited good color expression.

Next, they plan to tailor the new photodetectors and hybrid image sensor for use in various applications such as mobile and wearable sensors (including CMOS image sensors), proximity sensors and fingerprint-on-display devices. + Explore further

Reducing traps increases performance of organic photodetectors