Các nhà nghiên cứu đã phát triển và chứng minh các bộ cảm biến 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 tích hợp các bộ cảm biến quang mới này vào các cảm biến hình ảnh lai silicon có thể hữu ích cho nhiều ứng dụng. Các ứng dụng này bao gồm theo dõi nhịp tim bằng ánh sáng, nhận dạng 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 hiện nay đều dựa trên công nghệ CMOS và các bộ tách sóng quang vô cơ chuyển đổi tín hiệu ánh sáng thành tín hiệu điện. Mặc dù các bộ tách sóng quang làm từ vật liệu hữu cơ đang thu hút sự chú ý vì chúng có thể giúp cải thiện độ nhạy, nhưng cho đến nay việc sản xuất các bộ tách sóng quang hữu cơ hiệu suất cao vẫn còn gặp nhiều khó khăn.
Đồng trưởng nhóm nghiên cứu Sungjun Park, đến từ Đại học Ajou ở Hàn Quốc, cho biết: “Việc tích hợp các bộ tách sóng quang hữu cơ vào các cảm biến hình ảnh CMOS sản xuất hàng loạt đòi hỏi các chất hấp thụ ánh sáng hữu cơ dễ sản xuất trên quy mô lớn và có khả năng nhận diện hình ảnh sống động để tạo ra hình ảnh sắc nét ở tốc độ khung hình cao trong điều kiện thiếu sáng. Chúng tôi đã phát triển các điốt quang hữu cơ trong suốt, nhạy cảm với ánh sáng xanh lục, đáp ứng được các yêu cầu này.”
Các nhà nghiên cứu mô tả bộ cảm biến quang hữu cơ mới này trong tạp chí Optica. Họ cũng tạo ra một cảm biến hình ảnh RGB lai bằng cách chồng một bộ cảm biến quang hữu cơ hấp thụ ánh sáng xanh trong suốt lên trên một điốt quang silicon có bộ lọc màu đỏ và xanh lam.
Kyung-Bae Park, đồng trưởng nhóm nghiên cứu đến từ Viện Công nghệ Cao cấp Samsung (SAIT) tại Hàn Quốc, cho biết: “Nhờ việc đưa vào 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 giúp giảm đáng kể hiện tượng nhiễu xuyên âm giữa các điểm ảnh màu khác nhau, và thiết kế mới này có thể biến các điốt quang hữu cơ hiệu suất cao trở thành một thành phần chính của các mô-đun hình ảnh và cảm biến quang cho nhiều ứng dụng khác nhau.”
Các bộ cảm biến quang hữu cơ thực tiễn hơn
Hầu hết các vật liệu hữu cơ không phù hợp cho sản xuất hàng loạt do tính nhạy cảm với nhiệt độ. Chúng hoặc không chịu được nhiệt độ cao được sử dụng trong quá trình xử lý sau hoặc trở nên không ổn định khi sử dụng ở nhiệt độ vừa phải trong thời gian dài. Để khắc phục thách thức này, các nhà khoa học đã tập trung vào việc sửa đổi lớp đệm của bộ cảm biến quang để cải thiện độ ổn định, hiệu quả và khả năng phát hiện. Khả năng phát hiện là thước đo mức độ hiệu quả của cảm biến trong việc phát hiện các tín hiệu yếu. “Chúng tôi đã giới thiệu lớp đệm lai BCP : C60 làm lớp vận chuyển electron, mang lại cho bộ cảm biến quang hữu cơ những đặc tính đặc biệt, bao gồm hiệu quả cao hơn và dòng điện tối cực thấp, giúp giảm nhiễu”, Sungjun Park cho biết. Bộ cảm biến quang có thể được đặt trên một điốt quang silicon với các bộ lọc màu đỏ và xanh lam để tạo ra một cảm biến hình ảnh lai.
Các nhà nghiên cứu đã chỉ ra rằng bộ cảm biến quang mới này có tốc độ phát hiện tương đương với các điốt quang silicon thông thường. Bộ cảm biến 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 85 °C. Các bộ cảm biến quang này cũng cho thấy hiệu suất màu sắc tốt.
Tiếp theo, họ dự định tùy chỉnh các bộ tách sóng quang và cảm biến hình ảnh lai mới cho nhiều ứng dụng khác nhau, chẳng hạn như cảm biến di động và thiết bị đeo (bao gồm cả cảm biến hình ảnh CMOS), cảm biến tiệm cận và thiết bị nhận dạng vân tay trên màn hình.
Thời gian đăng bài: 07/07/2023