أحدث نتائج الأبحاث المتعلقة بكاشفات الضوء العضوية

طوّر الباحثون وأثبتوا فعاليتها في مجال كاشفات ضوئية عضوية شفافة جديدة تمتص الضوء الأخضر، تتميز بحساسية عالية وتوافقها مع تقنيات تصنيع CMOS. ويمكن أن يكون دمج هذه الكاشفات الضوئية الجديدة في مستشعرات الصور الهجينة المصنوعة من السيليكون مفيدًا في العديد من التطبيقات، بما في ذلك مراقبة معدل ضربات القلب باستخدام الضوء، والتعرف على بصمات الأصابع، والأجهزة التي تكشف عن وجود الأجسام القريبة.

سواءً استُخدمت في الهواتف الذكية أو الكاميرات العلمية، فإن معظم مستشعرات التصوير اليوم تعتمد على تقنية CMOS وكواشف ضوئية غير عضوية تحوّل الإشارات الضوئية إلى إشارات كهربائية. ورغم أن الكواشف الضوئية المصنوعة من مواد عضوية تجذب الانتباه لقدرتها على تحسين الحساسية، إلا أنه لا يزال من الصعب تصنيع كواشف ضوئية عضوية عالية الأداء.

قال الباحث المشارك الرئيسي سونغجون بارك، من جامعة آجو في كوريا الجنوبية: "يتطلب دمج كاشفات ضوئية عضوية في مستشعرات صور CMOS المنتجة بكميات كبيرة مواد امتصاص ضوئية عضوية يسهل تصنيعها على نطاق واسع وقادرة على التعرف على الصور بوضوح لإنتاج صور حادة بمعدلات إطارات عالية في الظلام. لقد طورنا ثنائيات ضوئية عضوية شفافة وحساسة للضوء الأخضر يمكنها تلبية هذه المتطلبات."

وصف الباحثون كاشف الضوء العضوي الجديد في مجلة أوبتيكا. كما ابتكروا مستشعر تصوير هجين RGB عن طريق تركيب كاشف ضوء عضوي شفاف يمتص اللون الأخضر على ثنائي ضوئي سيليكوني مزود بمرشحات حمراء وزرقاء.

قال كيونغ باي بارك، القائد المشارك لفريق البحث من معهد سامسونج للتكنولوجيا المتقدمة (SAIT) في كوريا الجنوبية: "بفضل إدخال طبقة عازلة عضوية هجينة، فإن الطبقة العضوية الماصة للضوء الأخضر الانتقائي المستخدمة في مستشعرات الصور هذه تقلل بشكل كبير من التداخل بين وحدات البكسل ذات الألوان المختلفة، ويمكن لهذا التصميم الجديد أن يجعل الثنائيات الضوئية العضوية عالية الأداء مكونًا رئيسيًا لوحدات التصوير ومستشعرات الصور لمجموعة متنوعة من التطبيقات."

أجهزة الكشف الضوئي العضوية الأكثر عملية

معظم المواد العضوية غير مناسبة للإنتاج بكميات كبيرة نظرًا لحساسيتها لدرجة الحرارة. فهي إما لا تتحمل درجات الحرارة العالية المستخدمة في المعالجة اللاحقة، أو تصبح غير مستقرة عند استخدامها في درجات حرارة معتدلة لفترات طويلة. وللتغلب على هذا التحدي، ركز العلماء على تعديل الطبقة العازلة لكاشف الضوء لتحسين استقراره وكفاءته وقدرته على الكشف. وتُعدّ قابلية الكشف مقياسًا لمدى قدرة المستشعر على رصد الإشارات الضعيفة. يقول سونغجون بارك: "لقد استخدمنا طبقة عازلة هجينة من خط نحاسي (BCP) وC60 كطبقة لنقل الإلكترونات، مما يمنح كاشف الضوء العضوي خصائص مميزة، بما في ذلك كفاءة أعلى وتيار مظلم منخفض للغاية، مما يقلل التشويش". ويمكن وضع كاشف الضوء على ثنائي ضوئي سيليكوني مزود بمرشحات حمراء وزرقاء لإنشاء مستشعر صور هجين.

أظهر الباحثون أن الكاشف الضوئي الجديد يتمتع بمعدلات كشف مماثلة لتلك الخاصة بالثنائيات الضوئية السيليكونية التقليدية. وقد عمل الكاشف بثبات لمدة ساعتين عند درجات حرارة أعلى من 150 درجة مئوية، وأظهر استقرارًا تشغيليًا طويل الأمد لمدة 30 يومًا عند 85 درجة مئوية. كما يتميز هذا الكاشف الضوئي بأداء لوني جيد.

بعد ذلك، يخططون لتخصيص أجهزة الكشف الضوئي الجديدة وأجهزة استشعار الصور الهجينة لمجموعة متنوعة من التطبيقات، مثل أجهزة الاستشعار المحمولة والقابلة للارتداء (بما في ذلك أجهزة استشعار الصور CMOS)، وأجهزة استشعار التقارب، وأجهزة بصمات الأصابع على الشاشات.