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 tích 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 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 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 sản xuất các bộ tách sóng quang hữu cơ hiệu suất cao vẫn còn gặp nhiều khó khăn.
Đồng nghiên cứu viên Sungjun Park, đến từ Đại học Ajou, Hàn Quốc, cho biết: “Việc tích hợp các bộ tách sóng quang hữu cơ vào 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 dạng hình ảnh sống động để tạo ra hình ảnh sắc nét với tốc độ khung hình cao trong bóng tối. Chúng tôi đã phát triển các điốt quang hữu cơ trong suốt, nhạy sáng với ánh sáng 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 chồng 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 từ Viện Công nghệ Tiên tiến Samsung (SAIT) tại Hàn Quốc, cho biết: “Nhờ 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 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 thành một thành phần chính của các mô-đun hình ảnh và cảm biến quang cho nhiều ứng dụng khác nhau.”
Máy dò quang hữu cơ thực tế hơn
Hầu hết các vật liệu hữu cơ không phù hợp để sản xuất hàng loạt do độ nhạy của chúng với nhiệt độ. Chúng không thể chịu được nhiệt độ cao được sử dụng để 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 lớp đệm lai giữa lớp đồng tắm (BCP): 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 tối cực thấp, giúp giảm nhiễu". Bộ tách sóng quang có thể được đặt trên một điốt quang silicon với các bộ lọc đỏ và xanh lam để tạo ra một cảm biến hình ảnh lai.
Các nhà nghiên cứu cho thấy bộ tách sóng quang mới có tốc độ phát hiện tương đương với các điốt quang silicon thông thường. Bộ tách sóng hoạt động ổn định trong 2 giờ ở nhiệt độ trên 150 °C và cho thấy khả năng hoạt động ổn định lâu dài trong 30 ngày ở 85 °C. Các bộ tách sóng quang này cũng cho hiệu suất màu tốt.
Tiếp theo, họ có kế hoạch 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 cảm biến đeo được (bao gồm cảm biến hình ảnh CMOS), cảm biến tiệm cận và thiết bị vân tay trên màn hình.
Thời gian đăng: 07-07-2023