Les chercheurs ont développé et démontré de nouveaux photodétecteurs organiques transparents absorbant la lumière verte, très sensibles et compatibles avec les méthodes de fabrication CMOS. L’intégration de ces nouveaux photodétecteurs dans des capteurs d’images hybrides en silicone pourrait être utile pour de nombreuses applications. Ces applications incluent la surveillance de la fréquence cardiaque basée sur la lumière, la reconnaissance des empreintes digitales et les dispositifs qui détectent la présence d'objets à proximité.
Qu'ils soient utilisés dans les smartphones ou les caméras scientifiques, la plupart des capteurs d'imagerie sont aujourd'hui basés sur la technologie CMOS et des photodétecteurs inorganiques qui convertissent les signaux lumineux en signaux électriques. Bien que les photodétecteurs fabriqués à partir de matériaux organiques attirent l'attention car ils peuvent contribuer à améliorer la sensibilité, il s'est jusqu'à présent avéré difficile de fabriquer des photodétecteurs organiques hautes performances.
Le co-chercheur principal Sungjun Park, de l'Université d'Ajou en Corée du Sud, a déclaré : « L'intégration de photodétecteurs organiques dans des capteurs d'image CMOS produits en série nécessite des absorbeurs de lumière organiques faciles à fabriquer à grande échelle et capables d'une reconnaissance d'image vive pour produire des images nettes. à des fréquences d'images élevées dans l'obscurité. Nous avons développé des photodiodes organiques transparentes et sensibles au vert qui peuvent répondre à ces exigences.
Les chercheurs décrivent le nouveau photodétecteur organique dans la revue Optica. Ils ont également créé un capteur d’imagerie RVB hybride en superposant un photodétecteur organique transparent absorbant le vert sur une photodiode en silicium dotée de filtres rouge et bleu.
Kyung-Bae Park, co-responsable de l'équipe de recherche du Samsung Advanced Institute of Technology (SAIT) en Corée du Sud, a déclaré : « Grâce à l'introduction d'une couche tampon organique hybride, la couche organique verte-sélective absorbant la lumière utilisée dans ces capteurs d’image réduit considérablement la diaphonie entre les pixels de différentes couleurs, et cette nouvelle conception pourrait faire des photodiodes organiques hautes performances un composant majeur des modules d’imagerie et des photocapteurs pour une variété d’applications.
Des photodétecteurs organiques plus pratiques
La plupart des matières organiques ne conviennent pas à la production de masse en raison de leur sensibilité à la température. Soit ils ne peuvent pas résister aux températures élevées utilisées pour le post-traitement, soit ils deviennent instables lorsqu'ils sont utilisés à des températures modérées pendant de longues périodes. Pour surmonter ce défi, les scientifiques se sont concentrés sur la modification de la couche tampon du photodétecteur afin d’améliorer la stabilité, l’efficacité et la détection. La détectabilité est une mesure de la capacité d'un capteur à détecter les signaux faibles. "Nous avons introduit une ligne de cuivre en bain (BCP) : une couche tampon hybride C60 comme couche de transport d'électrons, qui confère au photodétecteur organique des propriétés spéciales, notamment une efficacité plus élevée et un courant d'obscurité extrêmement faible, ce qui réduit le bruit", explique Sungjun Park. Le photodétecteur peut être placé sur une photodiode en silicium avec des filtres rouge et bleu pour créer un capteur d'image hybride.
Les chercheurs montrent que le nouveau photodétecteur présente des taux de détection comparables à ceux des photodiodes au silicium classiques. Le détecteur a fonctionné de manière stable pendant 2 heures à des températures supérieures à 150 °C et a montré une stabilité opérationnelle à long terme pendant 30 jours à 85 °C. Ces photodétecteurs présentent également de bonnes performances couleur.
Ensuite, ils prévoient de personnaliser de nouveaux photodétecteurs et capteurs d'image hybrides pour diverses applications, telles que des capteurs mobiles et portables (y compris des capteurs d'image CMOS), des capteurs de proximité et des dispositifs d'empreintes digitales sur les écrans.
Heure de publication : 07 juillet 2023