Pesquisadores desenvolveram e demonstraram novos fotodetectores orgânicos transparentes que absorvem luz verde, altamente sensíveis e compatíveis com métodos de fabricação CMOS. A incorporação desses novos fotodetectores em sensores de imagem híbridos de silicone pode ser útil para diversas aplicações, incluindo monitoramento da frequência cardíaca baseado em luz, reconhecimento de impressões digitais e dispositivos que detectam a presença de objetos próximos.
Sejam usados 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 fotodetectores feitos de materiais orgânicos estejam atraindo atenção por poderem ajudar a melhorar a sensibilidade, até o momento tem se mostrado difícil fabricar fotodetectores orgânicos de alto desempenho.
O pesquisador colíder Sungjun Park, da Universidade Ajou, na Coreia do Sul, afirmou: “A incorporação de fotodetectores orgânicos em sensores de imagem CMOS produzidos em massa requer absorvedores de luz orgânicos que sejam fáceis de fabricar em larga escala e capazes de reconhecimento de imagens vívidas para produzir imagens nítidas em altas taxas de quadros no escuro. Desenvolvemos fotodiodos orgânicos transparentes e sensíveis ao 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 de absorção verde a um fotodiodo de silício com filtros vermelho e azul.
Kyung-Bae Park, colíder da equipe de pesquisa do Samsung Advanced Institute of Technology (SAIT) na Coreia do Sul, disse: “Graças à introdução de uma camada de buffer orgânica híbrida, a camada orgânica de absorção de luz seletiva de verde usada nesses sensores de imagem reduz significativamente a diafonia entre pixels de cores diferentes, e esse novo design pode tornar os fotodiodos orgânicos de alto desempenho um componente importante 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. Eles não podem suportar as altas temperaturas usadas para pós-tratamento ou se tornam instáveis quando usados em temperaturas moderadas por longos períodos de tempo. Para superar esse desafio, os cientistas se concentraram em modificar a camada de buffer do fotodetector para melhorar a estabilidade, eficiência e detecção. Detectabilidade é uma medida de quão bem um sensor pode detectar sinais fracos. "Introduzimos uma linha de banho de cobre (BCP): camada de buffer híbrida C60 como camada de transporte de elétrons, o que dá ao fotodetector orgânico propriedades especiais, incluindo maior eficiência e corrente escura extremamente baixa, o que reduz o ruído", diz Sungjun Park. O fotodetector pode ser colocado em 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 em temperaturas acima de 150 °C e apresentou estabilidade operacional de longo prazo por 30 dias a 85 °C. Esses fotodetectores também apresentam bom desempenho de cor.
Em seguida, eles 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 monitores.
Horário da publicação: 07/07/2023