La richiesta di array sul piano focale con un elevato numero di pixel e a basso costo negli spettri del vicino infrarosso (NIR) e dell'infrarosso a lunghezza d'onda corta (SWIR) è aumentata a causa delle loro potenziali applicazioni nelle tecnologie basate sull'intelligenza artificiale come l'identificazione dei volti 3D , realtà aumentata/virtuale, robotica e veicoli autonomi. I fotodiodi SWIR tradizionali si basano sul germanio cristallino (Ge) o sull'arseniuro di indio e gallio (InGaAs), che presentano limitazioni tra cui elevata corrente oscura e processi di fabbricazione complessi. L'avvento dei semiconduttori organici offre un'alternativa promettente, con il potenziale per una fabbricazione più semplice e proprietà ottiche regolabili.
I ricercatori della South China University of Technology hanno creato una classe di fotorilevatori a infrarossi basati su semiconduttori organici pronti a trasformare la tecnologia di imaging. Uno studio pubblicato sul Chinese Journal of Polymer Science rivela che questi fotodiodi organici possono funzionare su un'ampia gamma di lunghezze d'onda, dal vicino ultravioletto all'infrarosso a lunghezza d'onda corta, superando le prestazioni dei tradizionali rilevatori inorganici.
Utilizzando semiconduttori polimerici con bande proibite strette, il team ha creato fotodiodi a film sottile in grado di rilevare un'ampia gamma di lunghezze d'onda infrarosse. Questa nuova tecnologia raggiunge livelli di prestazioni che competono con i tradizionali fotorilevatori inorganici, come quelli realizzati con arseniuro di indio e gallio (InGaAs), ma a una frazione del costo.
I ricercatori hanno combinato le strategie di un eteroatomo più grande, una struttura regio-regolare e una posizione di ramificazione estesa sulle catene laterali per sviluppare semiconduttori polimerici con una risposta spettrale che va dal vicino ultravioletto all'infrarosso a lunghezza d'onda corta.
I dispositivi risultanti hanno mostrato una sensibilità specifica impressionante, raggiungendo 5,55×10 12 Jones a 1,15 μm, competitivo con i rilevatori basati su InGaAs. Questi fotorilevatori organici sono stati assemblati in matrici di immagini ad alta densità di pixel, con la caratteristica unica di non richiedere patterning a livello di pixel nello strato di rilevamento. Questo approccio semplifica il processo di produzione e riduce significativamente i costi.
Il Prof. Fei Huang, uno dei ricercatori principali, ha affermato:"Il nostro sviluppo di fotorilevatori organici segna un passo fondamentale verso una tecnologia di imaging a infrarossi economicamente vantaggiosa e ad alte prestazioni. Questi dispositivi offrono un'alternativa flessibile e scalabile ai tradizionali fotodiodi inorganici, con potenziale applicazioni che vanno dalla robotica industriale alla diagnostica medica."
Questi nuovi fotorilevatori organici potrebbero avere un impatto su diversi settori. Offrono un'alternativa a basso costo per i sistemi di imaging utilizzati nella sicurezza e nella sorveglianza. Inoltre, la tecnologia a base organica potrebbe portare a dispositivi di imaging medico più convenienti e accessibili, consentendo un’adozione più ampia in ambito sanitario. La flessibilità e la scalabilità di questi dispositivi aprono anche le porte ad applicazioni innovative nel campo dell'intelligenza artificiale e della robotica.
Ulteriori informazioni: Zhi-Ming Zhong et al, Fotorilevatori a infrarossi e serie di immagini realizzati con semiconduttori organici, Chinese Journal of Polymer Science (2023). DOI:10.1007/s10118-023-2973-8
Fornito dall'Accademia cinese delle scienze
