Các nhà nghiên cứu đã phát triển và trình diễn các bộ tách sóng quang hữu cơ trong suốt hấp thụ ánh sáng xanh mới có độ nhạy cao và tương thích với các phương pháp sản xuất CMOS. Việc kết hợp các bộ tách sóng quang mới này vào cảm biến hình ảnh lai silicon có thể hữu ích cho nhiều ứng dụng. Các ứng dụng này bao gồm theo dõi nhịp tim dựa trên ánh sáng, nhận dạng dấu vân tay và các thiết bị phát hiện sự hiện diện của các vật thể ở gần.
Dù được sử dụng trong điện thoại thông minh hay máy ảnh khoa học, hầu hết các cảm biến hình ảnh ngày nay đều dựa trên công nghệ CMOS và bộ tách sóng quang vô cơ giúp chuyển đổi tín hiệu ánh sáng thành tín hiệu điện. Mặc dù các bộ tách sóng quang làm bằng vật liệu hữu cơ đang thu hút sự chú ý vì chúng có thể giúp cải thiện độ nhạy, nhưng cho đến nay việc chế tạo các bộ tách sóng quang hữu cơ hiệu suất cao vẫn tỏ ra khó khăn.
Đồng trưởng nhóm nghiên cứu Sungjun Park, từ Đại học Ajou, Hàn Quốc, cho biết: “Việc kết hợp các bộ tách sóng quang hữu cơ vào các cảm biến hình ảnh CMOS sản xuất hàng loạt đòi hỏi các bộ hấp thụ ánh sáng hữu cơ dễ chế tạo trên quy mô lớn và có khả năng nhận dạng hình ảnh sống động để tạo ra hình ảnh sắc nét. ở tốc độ khung hình cao trong bóng tối. Chúng tôi đã phát triển các điốt quang hữu cơ trong suốt, nhạy cảm với màu xanh lá cây có thể đáp ứng các yêu cầu này.”
Các nhà nghiên cứu mô tả bộ tách sóng quang hữu cơ mới trên tạp chí Optica. Họ cũng tạo ra một cảm biến hình ảnh RGB lai bằng cách đặt một bộ tách sóng quang hữu cơ hấp thụ màu xanh lá cây trong suốt lên một điốt quang silicon với các bộ lọc màu đỏ và xanh lam.
Kyung-Bae Park, đồng trưởng nhóm nghiên cứu của Viện Công nghệ tiên tiến Samsung (SAIT) tại Hàn Quốc, cho biết: “Nhờ có sự ra đời của lớp đệm hữu cơ lai, lớp hữu cơ hấp thụ ánh sáng chọn lọc màu xanh lá cây được sử dụng trong các cảm biến hình ảnh này làm giảm đáng kể nhiễu xuyên âm giữa các pixel màu khác nhau và thiết kế mới này có thể biến các điốt quang hữu cơ hiệu suất cao trở thành thành phần chính của mô-đun hình ảnh và cảm biến quang cho nhiều ứng dụng khác nhau.”
Bộ tách sóng quang hữu cơ thực tế hơn
Hầu hết các vật liệu hữu cơ không thích hợp để sản xuất hàng loạt do chúng nhạy cảm với nhiệt độ. Chúng không thể chịu được nhiệt độ cao dùng cho quá trình xử lý sau hoặc trở nên không ổn định khi sử dụng ở nhiệt độ vừa phải trong thời gian dài. Để vượt qua thách thức này, các nhà khoa học đã tập trung vào việc sửa đổi lớp đệm của bộ tách sóng quang để cải thiện độ ổn định, hiệu quả và khả năng phát hiện. Khả năng phát hiện là thước đo mức độ cảm biến có thể phát hiện các tín hiệu yếu. Sungjun Park cho biết: “Chúng tôi đã giới thiệu dòng đồng thau (BCP): Lớp đệm lai C60 làm lớp vận chuyển điện tử, mang lại cho bộ tách sóng quang hữu cơ các đặc tính đặc biệt, bao gồm hiệu suất cao hơn và dòng điện tối cực thấp, giúp giảm tiếng ồn”. Bộ tách sóng quang có thể được đặt trên một điốt quang silicon với các bộ lọc màu đỏ và xanh lam để tạo ra cảm biến hình ảnh lai.
Các nhà nghiên cứu cho thấy bộ tách sóng quang mới có tốc độ phát hiện tương đương với tốc độ phát hiện của điốt quang silicon thông thường. Máy dò hoạt động ổn định trong 2 giờ ở nhiệt độ trên 150°C và cho thấy độ ổn định hoạt động lâu dài trong 30 ngày ở nhiệt độ 85°C. Những bộ tách sóng quang này cũng cho thấy hiệu suất màu sắc tốt.
Tiếp theo, họ có kế hoạch tùy chỉnh bộ tách sóng quang và cảm biến hình ảnh lai mới cho nhiều ứng dụng, chẳng hạn như cảm biến di động và thiết bị đeo (bao gồm cảm biến hình ảnh CMOS), cảm biến tiệm cận và thiết bị vân tay trên màn hình.
Thời gian đăng: Jul-07-2023