La demanda de matrices de plano focal de bajo costo y alto número de píxeles en los espectros del infrarrojo cercano (NIR) y del infrarrojo de longitud de onda corta (SWIR) ha aumentado debido a sus posibles aplicaciones en tecnologías impulsadas por la IA, como la identificación facial 3D. , realidad aumentada/virtual, robótica y vehículos autónomos. Los fotodiodos SWIR tradicionales se basan en germanio (Ge) cristalino o arseniuro de indio y galio (InGaAs), que tienen limitaciones que incluyen alta corriente oscura y procesos de fabricación complejos. La llegada de los semiconductores orgánicos ofrece una alternativa prometedora, con potencial para una fabricación más sencilla y propiedades ópticas ajustables.
Investigadores de la Universidad Tecnológica del Sur de China han creado una clase de fotodetectores infrarrojos basados en semiconductores orgánicos preparados para transformar la tecnología de imágenes. Un estudio publicado en el Chinese Journal of Polymer Science revela que estos fotodiodos orgánicos pueden funcionar en una amplia gama de longitudes de onda, desde casi ultravioleta hasta infrarrojos de longitud de onda corta, superando a los detectores inorgánicos tradicionales.
Utilizando semiconductores poliméricos con bandas prohibidas estrechas, el equipo creó fotodiodos de película delgada capaces de detectar una amplia gama de longitudes de onda infrarrojas. Esta nueva tecnología alcanza niveles de rendimiento que rivalizan con los fotodetectores inorgánicos tradicionales, como los fabricados con arseniuro de indio y galio (InGaAs), pero a una fracción del costo.
Los investigadores combinaron estrategias de un heteroátomo más grande, una columna vertebral regional regular y una posición de ramificación extendida en las cadenas laterales para desarrollar semiconductores poliméricos con una respuesta espectral que abarca desde el ultravioleta cercano hasta el infrarrojo de longitud de onda corta.
Los dispositivos resultantes exhibieron una impresionante detectabilidad específica, alcanzando 5,55×10 12 Jones a 1,15 μm, competitivo con los detectores basados en InGaAs. Estos fotodetectores orgánicos se ensamblaron en conjuntos de imágenes de alta densidad de píxeles, con la característica única de no requerir patrones a nivel de píxeles en la capa de detección. Este enfoque simplifica el proceso de fabricación y reduce significativamente los costes.
El profesor Fei Huang, uno de los investigadores principales, afirmó:"Nuestro desarrollo de fotodetectores orgánicos marca un paso fundamental hacia una tecnología de imágenes infrarrojas rentable y de alto rendimiento. Estos dispositivos ofrecen una alternativa flexible y escalable a los fotodiodos inorgánicos tradicionales, con potencial aplicaciones que van desde la robótica industrial hasta el diagnóstico médico."
Estos nuevos fotodetectores orgánicos podrían afectar a varias industrias. Ofrecen una alternativa de bajo costo para los sistemas de imágenes utilizados en seguridad y vigilancia. Además, la tecnología de base orgánica podría conducir a dispositivos de imágenes médicas más asequibles y accesibles, lo que permitiría una adopción más amplia en entornos de atención médica. La flexibilidad y escalabilidad de estos dispositivos también abren puertas a aplicaciones innovadoras en inteligencia artificial y robótica.
Más información: Zhi-Ming Zhong et al, Fotodetectores infrarrojos y conjuntos de imágenes fabricados con semiconductores orgánicos, Revista China de Ciencia de Polímeros (2023). DOI:10.1007/s10118-023-2973-8
Proporcionado por la Academia de Ciencias de China
