طوّر باحثون وقدّموا عرضًا تجريبيًا لكاشفات ضوئية عضوية شفافة جديدة تمتص الضوء الأخضر، وتتميز بحساسيتها العالية ومتوافقة مع طرق تصنيع CMOS. قد يكون دمج هذه الكواشف الضوئية الجديدة في مستشعرات صور هجينة من السيليكون مفيدًا في العديد من التطبيقات. تشمل هذه التطبيقات مراقبة معدل ضربات القلب باستخدام الضوء، والتعرف على بصمات الأصابع، وأجهزة الكشف 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 تُحوّل الإشارات الضوئية إلى إشارات كهربائية. على الرغم من 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 سونغجون بارك، من جامعة آجو في كوريا الجنوبية: "يتطلب دمج كواشف الضوء العضوية في مستشعرات صور CMOS المُنتجة بكميات كبيرة ماصات ضوء عضوية سهلة التصنيع على نطاق واسع، وقادرة على تمييز الصور بوضوح لإنتاج صور حادة بمعدلات إطارات عالية في الظلام. وقد طورنا ثنائيات ضوئية عضوية شفافة وحساسة للضوء الأخضر، قادرة على تلبية هذه المتطلبات".
وصف الباحثون كاشف الضوء العضوي الجديد في مجلة Optica. كما ابتكروا مستشعر تصوير هجينًا بتقنية RGB، وذلك بتركيب كاشف ضوء عضوي شفاف يمتص الضوء الأخضر على ثنائي ضوئي سيليكوني مزود بمرشحات حمراء وزرقاء.
وقال كيونج باي بارك، القائد المشارك لفريق البحث من معهد سامسونج المتقدم للتكنولوجيا (SAIT) في كوريا الجنوبية: "بفضل إدخال طبقة عازلة عضوية هجينة، فإن الطبقة العضوية الماصة للضوء الأخضر الانتقائية المستخدمة في مستشعرات الصور هذه تقلل بشكل كبير من التداخل بين وحدات بكسل الألوان المختلفة، وهذا التصميم الجديد يمكن أن يجعل الثنائيات الضوئية العضوية عالية الأداء مكونًا رئيسيًا في وحدات التصوير وأجهزة الاستشعار الضوئي لمجموعة متنوعة من التطبيقات".
أجهزة الكشف الضوئي العضوية الأكثر عملية
معظم المواد العضوية غير مناسبة للإنتاج الضخم بسبب حساسيتها 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 من الزمن. وللتغلب على هذا التحدي، ركز العلماء على تعديل الطبقة العازلة لكاشف الضوء لتحسين الاستقرار والكفاءة والكشف. إن قابلية الكشف هي مقياس لمدى قدرة المستشعر على اكتشاف الإشارات الضعيفة. يقول سونغجون بارك: "لقد قدمنا خط النحاس الحمام (BCP): طبقة عازلة هجينة C60 كطبقة نقل الإلكترون، مما يمنح كاشف الضوء العضوي خصائص خاصة، بما في ذلك كفاءة أعلى وتيار مظلم منخفض للغاية، مما يقلل من الضوضاء". يمكن وضع كاشف الضوء على ثنائي ضوئي سيليكوني مع مرشحات حمراء وزرقاء لإنشاء مستشعر صورة هجين.
أظهر الباحثون أن الكاشف الضوئي الجديد يُظهر معدلات كشف تُضاهي تلك المُسجلة في الثنائيات الضوئية السيليكونية التقليدية. عمل الكاشف بثبات لمدة ساعتين عند درجات حرارة تزيد عن 150 درجة مئوية، وأظهر استقرارًا تشغيليًا طويل الأمد لمدة 30 يومًا عند درجة حرارة 85 درجة مئوية. كما تُظهر هذه الكاشفات الضوئية أداءً لونيًا جيدًا.
وبعد ذلك، يخططون لتخصيص أجهزة كشف ضوئي جديدة وأجهزة استشعار صور هجينة لمجموعة متنوعة من التطبيقات، مثل أجهزة الاستشعار المحمولة والقابلة للارتداء (بما في ذلك أجهزة استشعار صور CMOS)، وأجهزة استشعار القرب، وأجهزة بصمات الأصابع على الشاشات.
وقت النشر: ٧ يوليو ٢٠٢٣