La demande de réseaux à plan focal à nombre élevé de pixels et à faible coût dans les spectres du proche infrarouge (NIR) et de l'infrarouge à courte longueur d'onde (SWIR) a augmenté en raison de leurs applications potentielles dans les technologies basées sur l'IA telles que l'identification faciale 3D. , réalité augmentée/virtuelle, robotique et véhicules autonomes. Les photodiodes SWIR traditionnelles reposent sur du germanium cristallin (Ge) ou de l'arséniure d'indium et de gallium (InGaAs), qui présentent des limites, notamment un courant d'obscurité élevé et des processus de fabrication complexes. L'avènement des semi-conducteurs organiques offre une alternative prometteuse, avec le potentiel d'une fabrication plus facile et de propriétés optiques réglables.
Des chercheurs de l’Université de technologie de Chine du Sud ont créé une classe de photodétecteurs infrarouges à semi-conducteurs organiques prêts à transformer la technologie d’imagerie. Une étude publiée dans le Chinese Journal of Polymer Science révèle que ces photodiodes organiques peuvent fonctionner sur une large gamme de longueurs d'onde, du proche ultraviolet à l'infrarouge de courte longueur d'onde, surpassant ainsi les détecteurs inorganiques traditionnels.
En utilisant des semi-conducteurs polymères à bande interdite étroite, l’équipe a créé des photodiodes à couches minces capables de détecter une large gamme de longueurs d’onde infrarouges. Cette nouvelle technologie atteint des niveaux de performances qui rivalisent avec les photodétecteurs inorganiques traditionnels, tels que ceux fabriqués à partir d'arséniure d'indium et de gallium (InGaAs), mais à une fraction du coût.
Les chercheurs ont combiné les stratégies d'un hétéroatome plus grand, d'un squelette régio-régulier et d'une position de ramification étendue sur les chaînes latérales pour développer des semi-conducteurs polymères avec une réponse spectrale s'étendant du proche ultraviolet à l'infrarouge de courte longueur d'onde.
Les appareils résultants présentaient une détectivité spécifique impressionnante, atteignant 5,55 × 10 12 . Jones à 1,15 μm, compétitif avec les détecteurs basés sur InGaAs. Ces photodétecteurs organiques ont été assemblés dans des réseaux d'images à haute densité de pixels, avec la particularité unique de ne pas nécessiter de motif au niveau des pixels dans la couche de détection. Cette approche simplifie le processus de fabrication et réduit considérablement les coûts.
Le professeur Fei Huang, l'un des principaux chercheurs, a déclaré :« Notre développement de photodétecteurs organiques marque une étape cruciale vers une technologie d'imagerie infrarouge rentable et performante. Ces dispositifs offrent une alternative flexible et évolutive aux photodiodes inorganiques traditionnelles, avec un potentiel applications allant de la robotique industrielle au diagnostic médical."
Ces nouveaux photodétecteurs organiques pourraient impacter plusieurs industries. Ils offrent une alternative peu coûteuse aux systèmes d’imagerie utilisés en sécurité et en surveillance. De plus, la technologie organique pourrait conduire à des appareils d’imagerie médicale plus abordables et plus accessibles, permettant une adoption plus large dans les établissements de soins de santé. La flexibilité et l'évolutivité de ces appareils ouvrent également la porte à des applications innovantes en matière d'intelligence artificielle et de robotique.
Plus d'informations : Zhi-Ming Zhong et al, Photodétecteurs infrarouges et réseaux d'images fabriqués avec des semi-conducteurs organiques, Chinese Journal of Polymer Science (2023). DOI :10.1007/s10118-023-2973-8
Fourni par l'Académie chinoise des sciences
