ผลการวิจัยล่าสุดของเครื่องตรวจจับแสงอินทรีย์

นักวิจัยได้พัฒนาและสาธิตเครื่องตรวจจับแสงสีเขียวชนิดใหม่ที่มีความโปร่งใสและดูดซับแสงได้ ซึ่งมีความไวสูงและเข้ากันได้กับวิธีการผลิตแบบ CMOS การนำเครื่องตรวจจับแสงชนิดใหม่เหล่านี้มาใช้กับเซ็นเซอร์ภาพไฮบริดซิลิโคนอาจมีประโยชน์สำหรับการใช้งานหลายอย่าง การใช้งานเหล่านี้ได้แก่ การตรวจสอบอัตราการเต้นของหัวใจโดยใช้แสง การจดจำลายนิ้วมือ และอุปกรณ์ที่ตรวจจับการมีอยู่ของวัตถุที่อยู่ใกล้เคียง

ไม่ว่าจะใช้ในสมาร์ทโฟนหรือกล้องถ่ายภาพทางวิทยาศาสตร์ เซ็นเซอร์ถ่ายภาพส่วนใหญ่ในปัจจุบันใช้เทคโนโลยี CMOS และโฟโตดีเทกเตอร์อนินทรีย์ที่แปลงสัญญาณแสงเป็นสัญญาณไฟฟ้า แม้ว่าโฟโตดีเทกเตอร์ที่ทำจากวัสดุอินทรีย์จะได้รับความสนใจเนื่องจากช่วยปรับปรุงความไวได้ แต่จนถึงขณะนี้ยังพิสูจน์ได้ยากว่าการผลิตโฟโตดีเทกเตอร์อินทรีย์ประสิทธิภาพสูง

ซองจุน พาร์ค หัวหน้าคณะนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยอาจูในเกาหลีใต้ กล่าวว่า “การนำโฟโตดีเทกเตอร์อินทรีย์มาใช้กับเซนเซอร์ภาพ CMOS ที่ผลิตจำนวนมากนั้น จำเป็นต้องมีตัวดูดซับแสงอินทรีย์ที่ผลิตได้ง่ายในปริมาณมาก และสามารถจดจำภาพได้อย่างชัดเจนเพื่อสร้างภาพที่คมชัดด้วยอัตราเฟรมสูงในที่มืด เราได้พัฒนาโฟโตไดโอดอินทรีย์ที่โปร่งใสและไวต่อแสงสีเขียว ซึ่งสามารถตอบสนองความต้องการเหล่านี้ได้”

นักวิจัยได้บรรยายเกี่ยวกับเครื่องตรวจจับแสงอินทรีย์ชนิดใหม่ในวารสาร Optica นอกจากนี้ พวกเขายังได้สร้างเซ็นเซอร์ถ่ายภาพ RGB แบบไฮบริดโดยวางเครื่องตรวจจับแสงอินทรีย์ที่ดูดซับแสงสีเขียวโปร่งใสทับลงบนโฟโตไดโอดซิลิกอนที่มีฟิลเตอร์สีแดงและสีน้ำเงิน

Kyung-Bae Park หัวหน้าร่วมของทีมวิจัยจาก Samsung Advanced Institute of Technology (SAIT) ในเกาหลีใต้ กล่าวว่า “ด้วยการนำชั้นบัฟเฟอร์อินทรีย์ไฮบริดมาใช้ ชั้นอินทรีย์ที่ดูดซับแสงที่เลือกสีเขียวซึ่งใช้ในเซนเซอร์ภาพเหล่านี้จึงช่วยลดการสนทนาข้ามระหว่างพิกเซลที่มีสีต่างกันได้อย่างมาก และการออกแบบใหม่นี้สามารถทำให้โฟโตไดโอดอินทรีย์ประสิทธิภาพสูงเป็นส่วนประกอบหลักของโมดูลถ่ายภาพและโฟโตเซนเซอร์สำหรับการใช้งานที่หลากหลาย”

เครื่องตรวจจับภาพอินทรีย์ที่ใช้งานได้จริงมากขึ้น

วัสดุอินทรีย์ส่วนใหญ่ไม่เหมาะสำหรับการผลิตจำนวนมากเนื่องจากความไวต่ออุณหภูมิ วัสดุเหล่านี้ไม่สามารถทนต่ออุณหภูมิสูงที่ใช้สำหรับการบำบัดภายหลัง หรือจะไม่เสถียรเมื่อใช้ในอุณหภูมิปานกลางเป็นเวลานาน เพื่อเอาชนะความท้าทายนี้ นักวิทยาศาสตร์จึงมุ่งเน้นไปที่การปรับเปลี่ยนชั้นบัฟเฟอร์ของเครื่องตรวจจับแสงเพื่อปรับปรุงเสถียรภาพ ประสิทธิภาพ และการตรวจจับ การตรวจจับเป็นการวัดว่าเซ็นเซอร์สามารถตรวจจับสัญญาณอ่อนได้ดีเพียงใด “เราได้แนะนำชั้นบัฟเฟอร์ไฮบริด C60 ซึ่งเป็นชั้นขนส่งอิเล็กตรอนของเครื่องตรวจจับแสงอินทรีย์ ซึ่งทำให้เครื่องตรวจจับแสงอินทรีย์มีคุณสมบัติพิเศษ เช่น ประสิทธิภาพที่สูงขึ้นและกระแสมืดที่ต่ำมาก ซึ่งช่วยลดสัญญาณรบกวน” ซุงจุน พาร์ค กล่าว เครื่องตรวจจับแสงสามารถวางบนโฟโตไดโอดซิลิกอนที่มีฟิลเตอร์สีแดงและสีน้ำเงินเพื่อสร้างเซ็นเซอร์ภาพไฮบริด

นักวิจัยแสดงให้เห็นว่าเครื่องตรวจจับแสงแบบใหม่นี้แสดงอัตราการตรวจจับที่เทียบได้กับโฟโตไดโอดซิลิคอนแบบเดิม เครื่องตรวจจับทำงานได้อย่างเสถียรเป็นเวลา 2 ชั่วโมงที่อุณหภูมิสูงกว่า 150 องศาเซลเซียส และแสดงความเสถียรในการทำงานระยะยาวเป็นเวลา 30 วันที่อุณหภูมิ 85 องศาเซลเซียส เครื่องตรวจจับแสงเหล่านี้ยังแสดงประสิทธิภาพสีที่ดีอีกด้วย

จากนั้นพวกเขาวางแผนที่จะปรับแต่งเครื่องตรวจจับภาพใหม่และเซ็นเซอร์ภาพไฮบริดสำหรับการใช้งานที่หลากหลาย เช่น เซ็นเซอร์แบบพกพาและแบบสวมใส่ได้ (รวมถึงเซ็นเซอร์ภาพ CMOS) เซ็นเซอร์ระยะใกล้ และอุปกรณ์ลายนิ้วมือบนจอแสดงผล