Des chercheurs ont développé et démontré de nouveaux photodétecteurs organiques transparents absorbant la lumière verte, hautement sensibles et compatibles avec les procédés de fabrication CMOS. L'intégration de ces nouveaux photodétecteurs dans des capteurs d'images hybrides en silicone pourrait s'avérer utile pour de nombreuses applications, notamment la surveillance du rythme cardiaque par la lumière, la reconnaissance d'empreintes digitales et les dispositifs de détection d'objets à proximité.
Qu'ils soient utilisés dans les smartphones ou les caméras scientifiques, la plupart des capteurs d'imagerie actuels reposent sur la technologie CMOS et des photodétecteurs inorganiques qui convertissent les signaux lumineux en signaux électriques. Bien que les photodétecteurs en matériaux organiques suscitent l'intérêt pour leur capacité à améliorer la sensibilité, la fabrication de photodétecteurs organiques hautes performances s'est jusqu'à présent avérée difficile.
Sungjun Park, co-chercheur principal de l'Université d'Ajou en Corée du Sud, a déclaré : « L'intégration de photodétecteurs organiques dans des capteurs d'images CMOS produits en série nécessite des absorbeurs de lumière organiques faciles à fabriquer à grande échelle et capables de reconnaître des images nettes à des fréquences d'images élevées dans l'obscurité. Nous avons développé des photodiodes organiques transparentes et sensibles au vert qui répondent 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 au silicium avec 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 absorbant la lumière sélective au vert utilisée dans ces capteurs d'image réduit considérablement la diaphonie entre les différents pixels de couleur, 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 matériaux organiques ne conviennent pas à la production de masse en raison de leur sensibilité à la température. Ils ne supportent pas les températures élevées utilisées pour le post-traitement ou deviennent instables lorsqu'ils sont utilisés à des températures modérées pendant de longues périodes. Pour surmonter ce défi, les scientifiques se sont attachés à modifier la couche tampon du photodétecteur afin d'améliorer la stabilité, l'efficacité et la détection. La détectabilité mesure la capacité d'un capteur à détecter les signaux faibles. « Nous avons introduit une couche tampon hybride BCP (bain de cuivre) : C60 comme couche de transport d'électrons, ce qui confère au photodétecteur organique des propriétés particulières, notamment une efficacité accrue et un courant d'obscurité extrêmement faible, réduisant ainsi le bruit », explique Sungjun Park. Le photodétecteur peut être placé sur une photodiode au silicium avec des filtres rouge et bleu pour créer un capteur d'image hybride.
Les chercheurs démontrent 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 deux heures à des températures supérieures à 150 °C et a affiché une stabilité opérationnelle à long terme pendant 30 jours à 85 °C. Ces photodétecteurs affichent également de bonnes performances colorimétriques.
Ensuite, ils prévoient de personnaliser de nouveaux photodétecteurs et capteurs d’images hybrides pour une variété d’applications, telles que les capteurs mobiles et portables (y compris les capteurs d’images CMOS), les capteurs de proximité et les dispositifs d’empreintes digitales sur les écrans.
Date de publication : 07/07/2023