นักวิจัยได้พัฒนาและสาธิตโฟโตดีเทคเตอร์อินทรีย์โปร่งใสที่ดูดซับแสงสีเขียวชนิดใหม่ ซึ่งมีความไวสูงและเข้ากันได้กับวิธีการผลิต CMOS การนำโฟโตดีเทคเตอร์ชนิดใหม่เหล่านี้ไปรวมเข้ากับเซนเซอร์ภาพไฮบริดซิลิโคนอาจมีประโยชน์สำหรับการใช้งานหลายด้าน เช่น การตรวจสอบอัตราการเต้นของหัวใจด้วยแสง การจดจำลายนิ้วมือ และอุปกรณ์ที่ตรวจจับการมีอยู่ของวัตถุที่อยู่ใกล้เคียง
ไม่ว่าจะใช้ในสมาร์ทโฟนหรือกล้องวิทยาศาสตร์ เซ็นเซอร์รับภาพส่วนใหญ่ในปัจจุบันล้วนใช้เทคโนโลยี CMOS และโฟโตดีเทคเตอร์อนินทรีย์ที่แปลงสัญญาณแสงเป็นสัญญาณไฟฟ้า แม้ว่าโฟโตดีเทคเตอร์ที่ทำจากวัสดุอินทรีย์กำลังได้รับความสนใจเนื่องจากสามารถช่วยเพิ่มความไวได้ แต่จนถึงปัจจุบัน การผลิตโฟโตดีเทคเตอร์อินทรีย์ที่มีประสิทธิภาพสูงยังคงเป็นเรื่องยาก
ศาสตราจารย์ซองจุน ปาร์ค ผู้ร่วมวิจัยจากมหาวิทยาลัยอาจู ประเทศเกาหลีใต้ กล่าวว่า “การนำโฟโตดีเทคเตอร์อินทรีย์มาใช้ในเซ็นเซอร์ภาพ CMOS ที่ผลิตในปริมาณมาก จำเป็นต้องใช้สารดูดซับแสงอินทรีย์ที่ผลิตได้ง่ายในปริมาณมาก และสามารถจดจำภาพได้อย่างชัดเจน เพื่อสร้างภาพที่คมชัดในอัตราเฟรมสูงในที่มืด เราได้พัฒนาโฟโตไดโอดอินทรีย์โปร่งใสที่ไวต่อแสงสีเขียว ซึ่งสามารถตอบสนองความต้องการเหล่านี้ได้”
นักวิจัยได้อธิบายถึงโฟโตดีเทคเตอร์อินทรีย์ชนิดใหม่ในวารสาร Optica นอกจากนี้ พวกเขายังสร้างเซนเซอร์รับภาพ RGB แบบไฮบริดโดยการซ้อนทับโฟโตดีเทคเตอร์อินทรีย์ที่ดูดซับแสงสีเขียวโปร่งใสลงบนโฟโตไดโอดซิลิคอนที่มีตัวกรองสีแดงและสีน้ำเงิน
คยอง-แบ พาร์ค หัวหน้าทีมวิจัยร่วมจากสถาบันเทคโนโลยีขั้นสูงซัมซุง (SAIT) ในเกาหลีใต้ กล่าวว่า “ด้วยการนำชั้นบัฟเฟอร์อินทรีย์แบบไฮบริดมาใช้ ชั้นอินทรีย์ดูดซับแสงสีเขียวที่ใช้ในเซนเซอร์รับภาพเหล่านี้ช่วยลดการรบกวนระหว่างพิกเซลสีต่างๆ ได้อย่างมาก และการออกแบบใหม่นี้อาจทำให้โฟโตไดโอดอินทรีย์ประสิทธิภาพสูงกลายเป็นส่วนประกอบหลักของโมดูลรับภาพและโฟโตเซนเซอร์สำหรับการใช้งานที่หลากหลาย”
โฟโตดีเทคเตอร์อินทรีย์ที่ใช้งานได้จริงมากขึ้น
วัสดุอินทรีย์ส่วนใหญ่ไม่เหมาะสำหรับการผลิตจำนวนมากเนื่องจากมีความไวต่ออุณหภูมิ วัสดุเหล่านี้ไม่สามารถทนต่ออุณหภูมิสูงที่ใช้ในการปรับสภาพหลังการผลิตได้ หรืออาจไม่เสถียรเมื่อใช้งานที่อุณหภูมิปานกลางเป็นเวลานาน เพื่อเอาชนะความท้าทายนี้ นักวิทยาศาสตร์จึงมุ่งเน้นไปที่การปรับเปลี่ยนชั้นบัฟเฟอร์ของโฟโตดีเทคเตอร์เพื่อปรับปรุงความเสถียร ประสิทธิภาพ และความสามารถในการตรวจจับ ความสามารถในการตรวจจับเป็นตัววัดว่าเซ็นเซอร์สามารถตรวจจับสัญญาณอ่อนได้ดีเพียงใด “เราได้นำชั้นบัฟเฟอร์แบบไฮบริด BCP : C60 มาใช้เป็นชั้นนำส่งอิเล็กตรอน ซึ่งทำให้โฟโตดีเทคเตอร์อินทรีย์มีคุณสมบัติพิเศษ รวมถึงประสิทธิภาพที่สูงขึ้นและกระแสไฟฟ้ามืดต่ำมาก ซึ่งช่วยลดสัญญาณรบกวน” ซองจุน ปาร์ค กล่าว โฟโตดีเทคเตอร์สามารถวางบนโฟโตไดโอดซิลิคอนที่มีตัวกรองสีแดงและสีน้ำเงินเพื่อสร้างเซ็นเซอร์ภาพแบบไฮบริดได้
นักวิจัยแสดงให้เห็นว่าโฟโตดีเทคเตอร์รุ่นใหม่มีอัตราการตรวจจับเทียบเท่ากับโฟโตไดโอดซิลิคอนแบบดั้งเดิม โฟโตดีเทคเตอร์ทำงานได้อย่างเสถียรเป็นเวลา 2 ชั่วโมงที่อุณหภูมิสูงกว่า 150 องศาเซลเซียส และแสดงความเสถียรในการทำงานในระยะยาวเป็นเวลา 30 วันที่อุณหภูมิ 85 องศาเซลเซียส นอกจากนี้ โฟโตดีเทคเตอร์เหล่านี้ยังแสดงประสิทธิภาพด้านสีที่ดีอีกด้วย
ต่อไป พวกเขาวางแผนที่จะปรับแต่งโฟโตดีเทคเตอร์และเซนเซอร์ภาพแบบไฮบริดรุ่นใหม่สำหรับแอปพลิเคชันที่หลากหลาย เช่น เซนเซอร์สำหรับอุปกรณ์พกพาและสวมใส่ (รวมถึงเซนเซอร์ภาพ CMOS) เซนเซอร์ตรวจจับระยะใกล้ และอุปกรณ์สแกนลายนิ้วมือบนหน้าจอแสดงผล
วันที่โพสต์: 7 กรกฎาคม 2566