Organische fotodiodes voor detectie in NIR-bereik

Het Fraunhofer-Institut für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik (FEP) heeft een nieuwe generatie van organische fotodiodes op silicium (OPD-op-silicium) gepresenteerd.

Optische sensoren zijn thuis en in de industriële omgeving onmisbaar geworden. CMOS camera's zijn al jaren een trouwe reisgenoot op vakanties of worden in de industrie gebruikt als eenvoudige en economische oplossing voor automatische beeldverwerking.

Te denken valt aan kwaliteitscontrole, contactloze aanwezigheidsdetectie, tellen in transportlijnen of positioning en objectherkenning in van het magazijn). Ze worden ook gebruikt in beelddiagnostiek in de medische technologie. In de toekomst zijn veel toepassingen op het gebied van autonoom rijden te verwachten.

Conventionele, op silicium gebaseerde CMOS beeldsensoren zijn door de toegepaste technologie echter beperkt tot een bepaald golflengtebereik. Ze zijn meestal ingesteld op het zichtbare deel van het licht. maar om licht in het nabije infrarood (NIR) te detecteren, zijn meestal hybride oplossingen nodig, zoals de combinatie van indium gallium arsenide (InGaAs) op CMOS. De productie van dergelijke hybride oplossingen is echter aanzienlijk duurder en foutgevoeliger dan productie in het standaard CMOS-proces.

Organische fotodiodes

Hier bieden organische fotodiodes een alternatief. De organische lagen kunnen gemakkelijk worden geïntegreerd in het waferniveau en zijn daarmee economischer. Tegelijkertijd hebben ze, afhankelijk van het materiaalsysteem, ook een hoge gevoeligheid buiten het zichtbare golflengtebereik.

Fraunhofer FEP heeft een jarenlange ervaring op het gebied van organische integratie van lagen op CMOS-wafels. Het instituut heeft al de meest uiteenlopende OLED microdisplays en sensoren ontwikkeld en vervaardigd. Onlangs introduceerde het instituut een reeks organische fotodiodes met SVGA-resolutie en 800 × 600 pixels die beschikbaar zijn voor detectie.

De onderzoekers hebben aangetoond dat het principieel mogelijk is om een hoge resolutie organische fotodiodematrix van deze orde van grootte te produceren. De sensor is gevoelig in golflengten tot 1000 nm. Met passende materiaalaanpassingen kunnen ze op basis hiervan klant- en toepassingsspecifieke organische fotodiodes ontwikkelen en hun eigenschappen optimaliseren voor een specifieke applicatie.

Gereed voor toepassing

De gepresenteerde beeldsensor is volledig op waferniveau vervaardigd en al bijna in productie. Met zijn uitgebreide gevoeligheidsbereik kan hij worden gebruikt in een breed scala aan conventionele toepassingen in de industrie, in auto's of in de geneeskunde. Ze zouden bijvoorbeeld kunnen worden gebruikt bij de kwaliteitscontrole van levensmiddelen, als vingerafdruksensoren of in biomedische tests.

De wetenschappers bieden de nieuwe technologie nu aan aan industriële partners om geoptimaliseerde organische fotodiodes en arrays te ontwikkelen en te produceren.

bron: Fraunhofer-Institut für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik