Investigadores han desarrollado y demostrado nuevos fotodetectores orgánicos transparentes que absorben luz verde, altamente sensibles y compatibles con los métodos de fabricación CMOS. La incorporación de estos nuevos fotodetectores en sensores de imagen híbridos de silicio podría ser útil para numerosas aplicaciones, como la monitorización de la frecuencia cardíaca mediante luz, el reconocimiento de huellas dactilares y dispositivos que detectan la presencia de objetos cercanos.
Ya sea en teléfonos inteligentes o cámaras científicas, la mayoría de los sensores de imagen actuales se basan en tecnología CMOS y fotodetectores inorgánicos que convierten las señales luminosas en señales eléctricas. Si bien los fotodetectores fabricados con materiales orgánicos están despertando interés por su potencial para mejorar la sensibilidad, hasta el momento ha resultado difícil fabricar fotodetectores orgánicos de alto rendimiento.
El investigador principal, Sungjun Park, de la Universidad de Ajou en Corea del Sur, declaró: «La incorporación de fotodetectores orgánicos en sensores de imagen CMOS de producción masiva requiere absorbentes de luz orgánicos que sean fáciles de fabricar a gran escala y capaces de reconocer imágenes nítidas para producir imágenes claras a altas velocidades de fotogramas en la oscuridad. Hemos desarrollado fotodiodos orgánicos transparentes y sensibles al verde que cumplen con estos requisitos».
Los investigadores describen el nuevo fotodetector orgánico en la revista Optica. También crearon un sensor de imagen RGB híbrido superponiendo un fotodetector orgánico transparente que absorbe la luz verde sobre un fotodiodo de silicio con filtros rojos y azules.
Kyung-Bae Park, colíder del equipo de investigación del Instituto Avanzado de Tecnología de Samsung (SAIT) en Corea del Sur, declaró: “Gracias a la introducción de una capa amortiguadora orgánica híbrida, la capa orgánica absorbente de luz selectiva para el verde utilizada en estos sensores de imagen reduce considerablemente la interferencia entre píxeles de diferentes colores, y este nuevo diseño podría convertir a los fotodiodos orgánicos de alto rendimiento en un componente principal de los módulos de imagen y los fotosensores para diversas aplicaciones”.
Fotodetectores orgánicos más prácticos
La mayoría de los materiales orgánicos no son aptos para la producción en masa debido a su sensibilidad a la temperatura. No soportan las altas temperaturas utilizadas en el postratamiento o se vuelven inestables al usarse a temperaturas moderadas durante largos periodos. Para superar este desafío, los científicos se han centrado en modificar la capa amortiguadora del fotodetector para mejorar su estabilidad, eficiencia y detección. La detectabilidad mide la capacidad de un sensor para detectar señales débiles. «Introdujimos una capa amortiguadora híbrida de cobre en baño (BCP):C60 como capa de transporte de electrones, lo que confiere al fotodetector orgánico propiedades especiales, como una mayor eficiencia y una corriente oscura extremadamente baja, lo que reduce el ruido», explica Sungjun Park. El fotodetector se puede colocar sobre un fotodiodo de silicio con filtros rojo y azul para crear un sensor de imagen híbrido.
Los investigadores demuestran que el nuevo fotodetector presenta tasas de detección comparables a las de los fotodiodos de silicio convencionales. El detector funcionó de forma estable durante 2 horas a temperaturas superiores a 150 °C y mostró una estabilidad operativa a largo plazo de 30 días a 85 °C. Estos fotodetectores también presentan un buen rendimiento cromático.
A continuación, planean personalizar nuevos fotodetectores y sensores de imagen híbridos para diversas aplicaciones, como sensores móviles y portátiles (incluidos sensores de imagen CMOS), sensores de proximidad y dispositivos de huellas dactilares en pantallas.
Fecha de publicación: 7 de julio de 2023