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、実証した。これら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、多くの用途に役立つ可能性がある。これらの用途には、光を用いた心拍数モニタリング、指紋認証、および周囲の物体を検出するデバイスなどが含まれる。

スマートフォンや科学カメラなど、現在使用されているイメージセンサーのほとんどは、CMOS技術と、光信号を電気信号に変換する無機光検出器に基づいています。有機材料を用いた光検出器は感度向上に役立つことから注目を集めていますが、高性能な有機光検出器の製造はこれまで困難であることが分かっています。

共同研究責任者である韓国亜洲大学のパク・ソンジュン氏は、「有機光検出器を量産型CMOSイメージセンサーに組み込むには、大規模生産が容易で、暗闇でも高フレームレートで鮮明な画像を生成できる、鮮明な画像認識能力を備えた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応す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学術誌「Optica」に発表した。また、透明な緑色吸収性有機光検出器を、赤色と青色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た。

韓国のサムスン先端技術研究所（SAIT）の研究チームを共同率いるパク・ギョンベ氏は、「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性光吸収有機層は、異なる色のピクセル間のクロストークを大幅に低減し、この新しい設計により、高性能有機フォトダイオードは、さまざまな用途向け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となる可能性がある」と述べた。

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ため、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、中程度の温度で長時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、科学者たちは光検出器のバッファ層の改良に注力し、安定性、効率、検出性能を向上させてきました。検出性能とは、センサーが微弱な信号をどれだけうまく検出できるかを示す指標です。「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、高効率や極めて低い暗電流など、ノイズを低減する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することで、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と同等の検出率を示すことを明らかにした。検出器は150℃以上の温度で2時間安定して動作し、85℃では30日間の長期動作安定性を示した。これらの光検出器は、優れた色再現性も備えている。

次に、モバイル機器やウェアラブル機器向けのセンサー（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認証デバイスなど、さまざまな用途向けに、新しい光検出器やハイブリッドイメージセンサーをカスタマイズする計画だ。