Fotodetectores orgánicos altamente sensibles y producibles en masa para sensores médicos, reconocimiento de huellas dactilares

Fotodetectores orgánicos altamente sensibles y producibles en masa para sensores médicos, reconocimiento de huellas dactilares


Los investigadores fabricaron fotodetectores orgánicos transparentes de absorción verde que son muy sensibles y compatibles con los métodos de fabricación CMOS. Combinaron uno de estos fotodetectores orgánicos verdes con un fotodiodo de silicio con filtros rojo y azul para crear un sensor de imágenes RGB híbrido de silicio orgánico. Crédito: Parque Sungjun, Universidad Ajou

Los nuevos fotodetectores que absorben luz verde podrían ser útiles para sensores médicos, reconocimiento de huellas dactilares y más.

Los investigadores han desarrollado y demostrado nuevos fotodetectores orgánicos transparentes que absorben luz verde que son muy sensibles y compatibles con los métodos de fabricación CMOS. La incorporación de estos nuevos fotodetectores en sensores de imagen híbridos de silicio orgánico podría ser útil para muchas aplicaciones. Estos incluyen monitoreo de frecuencia cardíaca basado en luz, reconocimiento de huellas dactilares y dispositivos que detectan la presencia de objetos cercanos.

Ya sea que se utilicen en cámaras científicas o en teléfonos inteligentes, la mayoría de los sensores de imágenes actuales se basan en tecnología CMOS y fotodetectores inorgánicos que convierten las señales de luz en señales eléctricas. Aunque los fotodetectores fabricados con materiales orgánicos están atrayendo la atención porque pueden ayudar a aumentar la sensibilidad, por ejemplo, hasta ahora ha resultado difícil fabricar fotodetectores orgánicos de alto rendimiento.

“Para que los fotodetectores orgánicos se incorporen a los sensores de imagen CMOS producidos en masa, se requieren absorbentes de luz orgánicos que sean fáciles de fabricar a gran escala y que puedan lograr un reconocimiento de imagen vívido y producir imágenes distintas en la oscuridad con una alta velocidad de fotogramas”, dijo Sungjun Park de Ajou University en la República de Corea, quien codirigió el equipo de investigación. “Desarrollamos fotodiodos orgánicos transparentes sensibles al verde que pueden cumplir con estos requisitos”.

Los investigadores describen los nuevos fotodetectores orgánicos hoy (25 de agosto de 2022) en ÓPTICO, revista de investigación de alto impacto de Optica Publishing Group. También crearon un sensor de imágenes RGB híbrido al superponer el fotodetector orgánico transparente que absorbe el verde en un fotodiodo de silicio con filtros rojo y azul.

“La capa orgánica absorbente de luz verde selectiva utilizada en estos sensores de imagen redujo considerablemente la diafonía entre los píxeles de diferentes colores gracias a la introducción de una capa intermedia orgánica mixta”, dijo el codirector del equipo de investigación, Kyung-Bae Park, del Instituto Avanzado de Samsung. de Tecnología (SAIT) en la República de Corea. “Este nuevo diseño podría permitir que los fotodiodos orgánicos de alto rendimiento se conviertan en el componente principal de los módulos de imágenes y sensores optoelectrónicos utilizados en una variedad de aplicaciones”.

Fotodetectores orgánicos más prácticos

La mayoría de los materiales orgánicos no son adecuados para la producción en masa debido a la sensibilidad a la temperatura. O no pueden soportar las altas temperaturas utilizadas para el procesamiento posterior o se vuelven inestables durante el uso prolongado a temperaturas moderadas. Para superar este desafío, los científicos se concentraron en modificar la capa amortiguadora del fotodetector para mejorar la estabilidad, la eficiencia y la detectividad. La detectividad es una medida de qué tan bien un sensor puede detectar señales débiles.

“Introdujimos una capa intermedia mixta de batocuproína (BCP): C60 como capa transportadora de electrones”, dijo Sungjun Park. “Esto le dio a los fotodetectores orgánicos características excepcionales, que incluyen una mayor eficiencia y una corriente oscura extremadamente baja, lo que reduce el ruido”. Este fotodetector se puede colocar en un fotodiodo de silicio con filtros rojo y azul para crear un sensor de imagen híbrido.

Los investigadores demostraron que los nuevos fotodetectores exhibían una detectividad comparable a la de los fotodiodos de silicio convencionales. Los detectores operaron de manera estable a temperaturas superiores a 150 °C (302 °F) durante 2 horas y mostraron una estabilidad operativa a largo plazo a 85 °C (185 °F) durante 30 días. Los fotodetectores también exhibieron una buena expresión de color.

A continuación, planean adaptar los nuevos fotodetectores y sensores de imagen híbridos para su uso en diversas aplicaciones, como sensores móviles y portátiles (incluidos sensores de imagen CMOS), sensores de proximidad y dispositivos de huellas dactilares en pantalla.

Referencia: “Fotodiodos orgánicos transparentes para sensores de imagen CMOS de alta detección” por S. Park, Y. Lim, C.-J. Heo, S. Yun, D.-S. Leem, S. Kim, B. Choi, K.-B. Parque, 25 de agosto de 2022, ÓPTICO.
DOI: 10.1364/OPTICA.449557

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