Органические фотодиоды для использования в качестве инфракрасных датчиков

Исследователи из департамента «Корпоративные технологии» Siemens (CT) и университетов в городах Линц и Карлсруэ (TH) разработали органические фотодиоды, которые являются очень чувствительными к инфракрасному излучению, длина волн которой составляет более одного микрометра (µm). Эти детекторы важны для многих измерительных процессов, включая газовые датчики, системы ночного видения и приборы для диагностики рака. При использовании в данных технологиях органические фотодиоды с полупроводниковыми нанокристаллами могут позволить сэкономить значительные средства. Статья, посвященная данным исследованиям, недавно появилась в известном специализированном издании «Nature Photonics».

Для производства диодов, исследователи Siemens из подразделения органической электроники в городе Эрланген применили квантовые точки, которые представляют собой полупроводниковые кристаллы диаметром всего лишь несколько нанометров. Обычные фотодиоды из силикона не являются чувствительными к излучению с длиной волны более 1,1 мм. В настоящее время для подобного излучения используются более дорогостоящие полупроводники группы III-V, такие как арсенид галлия.

В новых органических фотодиодах, с другой стороны, используются не кристаллические полупроводники, а пластик. Преимущество состоит в особенностях их производства, которое является не очень дорогостоящим для диодов с большой площадью поверхности: решение, содержащее пластик, используется в основании. На стоимость процесса практически не влияет размер поверхности диода, но цены на кристаллические диоды определяются непосредственно их размером. Решение содержит полупроводниковые полимеры и фуллерены, которые выполняют роль электронных доноров и акцепторов полупроводника.

Органические фотодиоды главным образом распознают видимый свет и являются эффективными детекторами инфракрасного излучения с длиной волны не более 1 µm. Благодаря квантовым точкам, состоящим приблизительно из 50 атомов, исследователи могут увеличить этот диапазон до 2 µm. Диапазон чувствительности определяется энергетической щелью полупроводников. Энергетическая щель зависит непосредственно от количества атомов и диаметра нанокристаллов полупроводника. Исследователи используют данный эффект квантовой механики для установки заданных диапазонов чувствительности.

Благодаря использованию данного метода по внедрению квантовых точек в органические диоды, исследователи достигли минимального срока службы в один год. Измерения также показывают очень высокую эффективность квантов, что означает, что диоды преобразуют падающий свет в электрический ток, достигая при этом высокой производительности. Благодаря датчику изображения с разрешением 256 на 256 пикселей, исследователи демонстрируют, что данную технологию можно использовать даже при токе с матрицей активных элементов, впервые демонстрируя, что полупроводниковые кристаллы на основе данного решения подходят для технологии промышленной визуализации.