有機光検出器の最新研究成果

研究者らは、高感度でCMOS製造方法と互換性のある、緑色光を吸収する新しい透明有機光検出器を開発し、その性能を実証しました。この新しい光検出器をシリコンハイブリッドイメージセンサーに組み込むことで、光を用いた心拍数モニタリング、指紋認証、近傍物体の存在検知デバイスなど、多くの用途に役立つ可能性があります。

スマートフォンや科学カメラなど、今日のイメージングセンサーのほとんどは、CMOS技術と無機光検出器を基盤としており、光信号を電気信号に変換します。有機材料を用いた光検出器は感度向上に寄与するため注目されていますが、高性能な有機光検出器の製造はこれまで困難でした。

韓国亜州大学の共同主任研究者であるパク・ソンジュン氏は、「量産CMOSイメージセンサーに有機光検出器を組み込むには、大量生産が容易で、暗闇でも高フレームレートで鮮明な画像を生成するための鮮明な画像認識が可能な有機光吸収体が必要です。私たちは、これらの要件を満たす、透明で緑色に感度のある有機フォトダイオードを開発しました」と述べています。

研究者らは、この新しい有機光検出器についてOptica誌で発表しました。また、透明な緑色吸収有機光検出器を、赤と青のフィルターを備えたシリコンフォトダイオードに重ね合わせることで、ハイブリッドRGBイメージングセンサーも開発しました。

韓国のサムスン先端技術研究所（SAIT）の研究チームの共同リーダーであるパク・キョンベ氏は、「ハイブリッド有機バッファ層の導入により、これらのイメージセンサーに使用されている緑色選択光吸収有機層は、異なる色のピクセル間のクロストークを大幅に低減します。この新しい設計により、高性能有機フォトダイオードが、さまざまな用途のイメージングモジュールやフォトセンサーの主要コンポーネントになる可能性があります」と述べています。

より実用的な有機光検出器

ほとんどの有機材料は温度に敏感なので、大量生産には適していません。後処理に使用される高温に耐えられないか、中程度の温度で長期間使用すると不安定になります。この課題を克服するために、科学者は光検出器のバッファ層を改良して安定性、効率、および検出を改善することに焦点を当ててきました。検出能は、センサーが微弱な信号をどれだけうまく検出できるかの尺度です。「私たちは、電子輸送層としてバス銅線（BCP）：C60ハイブリッドバッファ層を導入しました。これにより、有機光検出器は、より高い効率と極めて低い暗電流によるノイズの低減など、特別な特性を備えています」とSungjun Park氏は述べています。この光検出器は、赤と青のフィルターを備えたシリコンフォトダイオード上に配置して、ハイブリッドイメージセンサーを作成できます。

研究者らは、この新しい光検出器が従来のシリコンフォトダイオードに匹敵する検出率を示すことを実証しました。この検出器は150℃を超える温度で2時間安定動作し、85℃で30日間の長期動作安定性を示しました。これらの光検出器は優れた色性能も示しています。

今後は、モバイルおよびウェアラブルセンサー（CMOSイメージセンサーを含む）、近接センサー、ディスプレイ上の指紋デバイスなど、さまざまなアプリケーション向けに新しい光検出器とハイブリッドイメージセンサーをカスタマイズする予定です。