Des chercheurs ont mis au point et démontré de nouveaux photodétecteurs organiques transparents absorbant la lumière verte, présentant une sensibilité élevée et compatibles avec les procédés de fabrication CMOS. L'intégration de ces nouveaux photodétecteurs dans des capteurs d'images hybrides en silicium pourrait s'avérer utile pour de nombreuses applications, notamment la surveillance de la fréquence cardiaque par la lumière, la reconnaissance d'empreintes digitales et les dispositifs de détection de présence d'objets à proximité.
Qu’ils soient utilisés dans des smartphones ou des appareils photo scientifiques, la plupart des capteurs d’image actuels reposent sur la technologie CMOS et des photodétecteurs inorganiques qui convertissent les signaux lumineux en signaux électriques. Bien que les photodétecteurs à base de matériaux organiques suscitent un intérêt croissant en raison de leur potentiel d’amélioration de la sensibilité, la fabrication de photodétecteurs organiques performants s’avère jusqu’à présent complexe.
Le chercheur principal Sungjun Park, de l'université d'Ajou en Corée du Sud, a déclaré : « L'intégration de photodétecteurs organiques dans les capteurs d'images CMOS produits en masse nécessite des absorbeurs de lumière organiques faciles à fabriquer à grande échelle et capables d'une reconnaissance d'image précise afin de produire des images nettes à des cadences d'acquisition élevées dans l'obscurité. Nous avons développé des photodiodes organiques transparentes et sensibles au vert qui répondent à ces exigences. »
Les chercheurs décrivent ce nouveau photodétecteur organique dans la revue Optica. Ils ont également créé un capteur d'imagerie RGB hybride en superposant un photodétecteur organique transparent absorbant le vert à une photodiode en silicium munie 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 absorbant la lumière verte sélective 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 photosenseurs pour une variété d'applications. »
Des photodétecteurs organiques plus pratiques
La plupart des matériaux organiques ne se prêtent pas à une production de masse en raison de leur sensibilité à la température. Ils ne supportent pas les hautes températures utilisées pour les traitements ultérieurs ou deviennent instables à des températures modérées pendant une période prolongée. Pour pallier ce problème, les scientifiques se sont concentrés sur la modification de la couche tampon du photodétecteur afin d'améliorer sa stabilité, son efficacité et sa sensibilité. La sensibilité, ou détectabilité, mesure l'aptitude d'un capteur à détecter des signaux faibles. « Nous avons introduit une couche tampon hybride BCP : 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. Ce photodétecteur peut être placé sur une photodiode en silicium équipée de 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 2 heures à des températures supérieures à 150 °C et a démontré une stabilité opérationnelle à long terme pendant 30 jours à 85 °C. Ces photodétecteurs présentent également de bonnes performances en matière de rendu des couleurs.
Ils prévoient ensuite de personnaliser de nouveaux photodétecteurs et capteurs d'images hybrides pour diverses 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 écrans.
Date de publication : 7 juillet 2023