ผลการวิจัยล่าสุดของเครื่องตรวจจับแสงอินทรีย์

นักวิจัยได้พัฒนาและสาธิตโฟโตดีเทกเตอร์อินทรีย์โปร่งใสที่ดูดซับแสงสีเขียวรุ่นใหม่ ซึ่งมีความไวสูงและเข้ากันได้กับวิธีการผลิตแบบ CMOS การนำโฟโตดีเทกเตอร์รุ่นใหม่เหล่านี้มาใช้กับเซ็นเซอร์ภาพไฮบริดซิลิโคนอาจเป็นประโยชน์สำหรับการใช้งานที่หลากหลาย การใช้งานเหล่านี้รวมถึงการตรวจสอบอัตราการเต้นของหัวใจโดยใช้แสง การจดจำลายนิ้วมือ และอุปกรณ์ที่ตรวจจับการมีอยู่ของวัตถุใกล้เคียง

ไม่ว่าจะใช้ในสมาร์ทโฟนหรือกล้องถ่ายภาพวิทยาศาสตร์ เซ็นเซอร์ถ่ายภาพส่วนใหญ่ในปัจจุบันใช้เทคโนโลยี CMOS และโฟโตดีเทกเตอร์อนินทรีย์ที่แปลงสัญญาณแสงเป็นสัญญาณไฟฟ้า แม้ว่าโฟโตดีเทกเตอร์ที่ทำจากวัสดุอินทรีย์จะได้รับความสนใจเนื่องจากช่วยเพิ่มความไวแสง แต่จนถึงขณะนี้การผลิตโฟโตดีเทกเตอร์อินทรีย์ประสิทธิภาพสูงยังคงเป็นเรื่องยาก

ซองจุน พาร์ค หัวหน้านักวิจัยร่วมจากมหาวิทยาลัยอาจู ประเทศเกาหลีใต้ กล่าวว่า “การนำโฟโตดีเทกเตอร์อินทรีย์มาใช้กับเซ็นเซอร์ภาพ CMOS ที่ผลิตจำนวนมาก จำเป็นต้องใช้ตัวดูดซับแสงอินทรีย์ที่ผลิตได้ง่ายในปริมาณมาก และสามารถรับรู้ภาพได้อย่างคมชัด เพื่อสร้างภาพที่คมชัดในอัตราเฟรมสูงในที่มืด เราได้พัฒนาโฟโตไดโอดอินทรีย์ที่โปร่งใสและไวต่อแสงสีเขียว ซึ่งสามารถตอบสนองความต้องการเหล่านี้ได้”

นักวิจัยได้บรรยายถึงโฟโตดีเทกเตอร์อินทรีย์ชนิดใหม่ในวารสาร Optica พวกเขายังได้สร้างเซ็นเซอร์ถ่ายภาพแบบไฮบริด RGB โดยการซ้อนโฟโตดีเทกเตอร์อินทรีย์ดูดซับสีเขียวแบบโปร่งใสลงบนโฟโตไดโอดซิลิคอนที่มีฟิลเตอร์สีแดงและสีน้ำเงิน

Kyung-Bae Park หัวหน้าร่วมของทีมวิจัยจาก Samsung Advanced Institute of Technology (SAIT) ในเกาหลีใต้ กล่าวว่า “ต้องขอบคุณการนำชั้นบัฟเฟอร์อินทรีย์แบบไฮบริดมาใช้ ชั้นอินทรีย์ที่ดูดซับแสงแบบเลือกสีเขียวที่ใช้ในเซ็นเซอร์ภาพเหล่านี้จึงช่วยลดสัญญาณรบกวนระหว่างพิกเซลที่มีสีต่างกันได้อย่างมาก และการออกแบบใหม่นี้สามารถทำให้โฟโตไดโอดอินทรีย์ประสิทธิภาพสูงกลายเป็นส่วนประกอบหลักของโมดูลถ่ายภาพและเซ็นเซอร์ภาพสำหรับการใช้งานที่หลากหลาย”

เครื่องตรวจจับภาพอินทรีย์ที่ใช้งานได้จริงมากขึ้น

วัสดุอินทรีย์ส่วนใหญ่ไม่เหมาะสำหรับการผลิตจำนวนมากเนื่องจากมีความไวต่ออุณหภูมิ พวกมันไม่สามารถทนต่ออุณหภูมิสูงที่ใช้ในการบำบัดหลังการผลิต หรือจะไม่เสถียรเมื่อใช้ในอุณหภูมิปานกลางเป็นเวลานาน เพื่อเอาชนะความท้าทายนี้ นักวิทยาศาสตร์จึงมุ่งเน้นไปที่การปรับปรุงชั้นบัฟเฟอร์ของโฟโตดีเทกเตอร์เพื่อปรับปรุงเสถียรภาพ ประสิทธิภาพ และการตรวจจับ ความสามารถในการตรวจจับเป็นตัวชี้วัดว่าเซ็นเซอร์สามารถตรวจจับสัญญาณอ่อนได้ดีเพียงใด “เราได้นำชั้นบัฟเฟอร์ไฮบริดแบบสายทองแดง (BCP) : C60 มาใช้ เป็นชั้นขนส่งอิเล็กตรอน ซึ่งทำให้โฟโตดีเทกเตอร์อินทรีย์มีคุณสมบัติพิเศษ รวมถึงประสิทธิภาพที่สูงขึ้นและกระแสมืดที่ต่ำมาก ซึ่งช่วยลดสัญญาณรบกวน” ซองจุน พาร์ค กล่าว โฟโตดีเทกเตอร์นี้สามารถวางบนโฟโตไดโอดซิลิคอนที่มีฟิลเตอร์สีแดงและสีน้ำเงินเพื่อสร้างเซ็นเซอร์ภาพแบบไฮบริด

นักวิจัยแสดงให้เห็นว่าเครื่องตรวจจับแสงแบบใหม่นี้มีอัตราการตรวจจับที่เทียบเท่ากับโฟโตไดโอดซิลิคอนทั่วไป เครื่องตรวจจับทำงานได้อย่างเสถียรเป็นเวลา 2 ชั่วโมงที่อุณหภูมิสูงกว่า 150 องศาเซลเซียส และมีเสถียรภาพในการใช้งานยาวนานถึง 30 วันที่อุณหภูมิ 85 องศาเซลเซียส เครื่องตรวจจับแสงเหล่านี้ยังแสดงประสิทธิภาพสีที่ดีอีกด้วย

จากนั้นพวกเขาวางแผนที่จะปรับแต่งเครื่องตรวจจับภาพใหม่และเซ็นเซอร์ภาพไฮบริดสำหรับการใช้งานที่หลากหลาย เช่น เซ็นเซอร์แบบพกพาและแบบสวมใส่ได้ (รวมถึงเซ็นเซอร์ภาพ CMOS) เซ็นเซอร์ระยะใกล้ และอุปกรณ์ลายนิ้วมือบนจอแสดงผล