Araştırmacılar, yüksek hassasiyete sahip ve CMOS üretim yöntemleriyle uyumlu yeni yeşil ışık emici şeffaf organik fotodedektörler geliştirip sergilediler. Bu yeni fotodedektörlerin silikon hibrit görüntü sensörlerine entegre edilmesi birçok uygulama için faydalı olabilir. Bu uygulamalar arasında ışık tabanlı kalp atış hızı izleme, parmak izi tanıma ve yakındaki nesnelerin varlığını tespit eden cihazlar yer almaktadır.
İster akıllı telefonlarda ister bilimsel kameralarda kullanılsın, günümüzdeki çoğu görüntüleme sensörü, ışık sinyallerini elektrik sinyallerine dönüştüren CMOS teknolojisine ve inorganik fotodedektörlere dayanmaktadır. Organik malzemelerden yapılan fotodedektörler, hassasiyeti artırmaya yardımcı olabildikleri için ilgi çekse de, yüksek performanslı organik fotodedektörlerin üretimi bugüne kadar zorlu olmuştur.
Güney Kore'deki Ajou Üniversitesi'nden eş-baş araştırmacı Sungjun Park şunları söyledi: "Organik fotodedektörleri seri üretilen CMOS görüntü sensörlerine entegre etmek, büyük ölçekte kolayca üretilebilen ve karanlıkta yüksek kare hızlarında keskin görüntüler üretebilen canlı görüntü tanıma özelliğine sahip organik ışık emiciler gerektirir. Bu gereksinimleri karşılayabilen şeffaf, yeşil ışığa duyarlı organik fotodiyotlar geliştirdik."
Araştırmacılar, yeni organik fotodedektörü Optica dergisinde tanımladılar. Ayrıca, şeffaf yeşil emici bir organik fotodedektörü kırmızı ve mavi filtreli bir silikon fotodiyot üzerine yerleştirerek hibrit bir RGB görüntüleme sensörü de oluşturdular.
Güney Kore'deki Samsung İleri Teknoloji Enstitüsü'nden (SAIT) araştırma ekibinin eş lideri Kyung-Bae Park şunları söyledi: "Hibrit organik tampon katmanının eklenmesi sayesinde, bu görüntü sensörlerinde kullanılan yeşil seçici ışık emici organik katman, farklı renk pikselleri arasındaki çapraz etkileşimi büyük ölçüde azaltıyor ve bu yeni tasarım, yüksek performanslı organik fotodiyotları çeşitli uygulamalar için görüntüleme modüllerinin ve fotosensörlerin önemli bir bileşeni haline getirebilir."
Daha pratik organik fotodedektörler
Çoğu organik malzeme, sıcaklığa duyarlılıkları nedeniyle seri üretime uygun değildir. Ya işlem sonrası kullanılan yüksek sıcaklıklara dayanamazlar ya da uzun süre orta sıcaklıklarda kullanıldıklarında kararsız hale gelirler. Bu zorluğun üstesinden gelmek için bilim insanları, kararlılığı, verimliliği ve algılama yeteneğini geliştirmek amacıyla fotodedektörün tampon katmanını değiştirmeye odaklanmıştır. Algılanabilirlik, bir sensörün zayıf sinyalleri ne kadar iyi algılayabildiğinin bir ölçüsüdür. Sungjun Park, "Elektron taşıma katmanı olarak bir banyo bakır hattı (BCP): C60 hibrit tampon katmanı ekledik; bu da organik fotodedektöre daha yüksek verimlilik ve gürültüyü azaltan son derece düşük karanlık akım gibi özel özellikler kazandırıyor" diyor. Fotodedektör, hibrit bir görüntü sensörü oluşturmak için kırmızı ve mavi filtreli bir silikon fotodiyot üzerine yerleştirilebilir.
Araştırmacılar, yeni fotodedektörün geleneksel silikon fotodiyotlarla karşılaştırılabilir algılama oranları sergilediğini gösteriyor. Dedektör, 150 °C'nin üzerindeki sıcaklıklarda 2 saat boyunca kararlı bir şekilde çalıştı ve 85 °C'de 30 gün boyunca uzun süreli çalışma kararlılığı gösterdi. Bu fotodedektörler ayrıca iyi renk performansı da sergiliyor.
Sonraki aşamada, mobil ve giyilebilir sensörler (CMOS görüntü sensörleri dahil), yakınlık sensörleri ve ekranlardaki parmak izi cihazları gibi çeşitli uygulamalar için yeni fotodedektörler ve hibrit görüntü sensörleri geliştirmeyi planlıyorlar.
Yayın tarihi: 07.07.2023