Pesquisadores desenvolveram e demonstraram novos fotodetectores orgânicos transparentes que absorvem luz verde, são altamente sensíveis e compatíveis com os métodos de fabricação CMOS. A incorporação desses novos fotodetectores em sensores de imagem híbridos de silício pode ser útil para diversas aplicações. Essas aplicações incluem monitoramento da frequência cardíaca baseado em luz, reconhecimento de impressões digitais e dispositivos que detectam a presença de objetos próximos.
Seja em smartphones ou câmeras científicas, a maioria dos sensores de imagem atuais é baseada na tecnologia CMOS e em fotodetectores inorgânicos que convertem sinais de luz em sinais elétricos. Embora os fotodetectores feitos de materiais orgânicos estejam atraindo atenção por seu potencial de melhorar a sensibilidade, até o momento tem se mostrado difícil fabricar fotodetectores orgânicos de alto desempenho.
O co-líder da pesquisa, Sungjun Park, da Universidade Ajou, na Coreia do Sul, afirmou: “A incorporação de fotodetectores orgânicos em sensores de imagem CMOS produzidos em massa exige absorvedores de luz orgânicos que sejam fáceis de fabricar em larga escala e capazes de reconhecimento de imagem vívido para produzir imagens nítidas com altas taxas de quadros no escuro. Desenvolvemos fotodiodos orgânicos transparentes e sensíveis à luz verde que podem atender a esses requisitos.”
Os pesquisadores descrevem o novo fotodetector orgânico na revista Optica. Eles também criaram um sensor de imagem RGB híbrido, sobrepondo um fotodetector orgânico transparente que absorve luz verde a um fotodiodo de silício com filtros vermelho e azul.
Kyung-Bae Park, co-líder da equipe de pesquisa do Instituto Avançado de Tecnologia da Samsung (SAIT) na Coreia do Sul, afirmou: “Graças à introdução de uma camada tampão orgânica híbrida, a camada orgânica de absorção de luz seletiva para o verde usada nesses sensores de imagem reduz significativamente a interferência entre pixels de cores diferentes, e esse novo design pode tornar os fotodiodos orgânicos de alto desempenho um componente essencial de módulos de imagem e fotossensores para uma variedade de aplicações.”
Fotodetectores orgânicos mais práticos
A maioria dos materiais orgânicos não é adequada para produção em massa devido à sua sensibilidade à temperatura. Ou não suportam as altas temperaturas utilizadas no pós-tratamento, ou tornam-se instáveis quando utilizados em temperaturas moderadas por longos períodos. Para superar esse desafio, os cientistas têm se concentrado em modificar a camada tampão do fotodetector para melhorar a estabilidade, a eficiência e a detecção. A detectabilidade é uma medida de quão bem um sensor consegue detectar sinais fracos. “Introduzimos uma camada tampão híbrida de linha de cobre de banho (BCP):C60 como camada de transporte de elétrons, o que confere ao fotodetector orgânico propriedades especiais, incluindo maior eficiência e corrente escura extremamente baixa, reduzindo o ruído”, afirma Sungjun Park. O fotodetector pode ser colocado sobre um fotodiodo de silício com filtros vermelho e azul para criar um sensor de imagem híbrido.
Os pesquisadores demonstram que o novo fotodetector apresenta taxas de detecção comparáveis às dos fotodiodos de silício convencionais. O detector operou de forma estável por 2 horas a temperaturas acima de 150 °C e apresentou estabilidade operacional de longo prazo por 30 dias a 85 °C. Esses fotodetectores também demonstram bom desempenho em cores.
Em seguida, planejam personalizar novos fotodetectores e sensores de imagem híbridos para uma variedade de aplicações, como sensores móveis e vestíveis (incluindo sensores de imagem CMOS), sensores de proximidade e dispositivos de impressão digital em telas.
Data da publicação: 07/07/2023