연구진은 CMOS 제조 방식과 호환되고 감도가 높은 새로운 녹색광 흡수 투명 유기 광검출기를 개발하고 시연했습니다. 이 새로운 광검출기를 실리콘 하이브리드 이미지 센서에 통합하면 다양한 응용 분야에 유용하게 활용될 수 있습니다. 이러한 응용 분야에는 광 기반 심박수 모니터링, 지문 인식, 주변 물체 감지 장치 등이 포함됩니다.
스마트폰이든 과학용 카메라든, 오늘날 대부분의 이미징 센서는 CMOS 기술과 빛 신호를 전기 신호로 변환하는 무기 광검출기를 기반으로 합니다. 유기 소재로 제작된 광검출기는 감도 향상에 도움이 된다는 점에서 주목을 받고 있지만, 지금까지 고성능 유기 광검출기를 제작하는 것은 어려운 것으로 나타났습니다.
아주대학교 박성준 공동 연구원은 "대량 생산되는 CMOS 이미지 센서에 유기 광검출기를 통합하려면 대량 생산이 용이하고 어두운 환경에서도 높은 프레임 속도로 선명한 이미지를 생성할 수 있는 선명한 이미지 인식이 가능한 유기 광흡수체가 필요합니다. 우리는 이러한 요건을 충족할 수 있는 투명하고 녹색에 민감한 유기 광전다이오드를 개발했습니다."라고 밝혔습니다.
연구진은 새로운 유기 광검출기를 Optica 저널에 발표했습니다. 또한, 적색 및 청색 필터가 있는 실리콘 광다이오드에 투명한 녹색 흡수 유기 광검출기를 중첩하여 하이브리드 RGB 이미징 센서를 개발했습니다.
한국 삼성종합기술원(SAIT) 연구팀 공동 리더인 박경배는 "하이브리드 유기 버퍼층을 도입한 덕분에 이 이미지 센서에 사용된 녹색 선택적 광흡수 유기층은 서로 다른 색상 픽셀 간의 크로스토크를 크게 줄였습니다. 이 새로운 설계는 고성능 유기 포토다이오드를 다양한 응용 분야의 이미징 모듈과 포토센서의 주요 구성 요소로 만들 수 있을 것입니다."라고 말했습니다.
더욱 실용적인 유기 광검출기
대부분의 유기 물질은 온도에 민감하기 때문에 대량 생산에 적합하지 않습니다. 후처리에 사용되는 고온을 견딜 수 없거나 장시간 적당한 온도에서 사용하면 불안정해집니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 과학자들은 광검출기의 버퍼층을 개질하여 안정성, 효율성 및 검출력을 향상시키는 데 집중해 왔습니다. 검출력은 센서가 약한 신호를 얼마나 잘 검출할 수 있는지를 나타내는 척도입니다. 박성준은 "전자 전달층으로 욕조 구리선(BCP) : C60 하이브리드 버퍼층을 도입하여 유기 광검출기에 높은 효율과 매우 낮은 암전류를 포함한 특수 특성을 부여하여 노이즈를 줄였습니다."라고 말합니다. 광검출기는 적색 및 청색 필터가 있는 실리콘 광다이오드 위에 배치되어 하이브리드 이미지 센서를 만들 수 있습니다.
연구진은 새로운 광검출기가 기존 실리콘 광전다이오드와 유사한 검출률을 보임을 입증했습니다. 이 검출기는 150°C 이상의 온도에서 2시간 동안 안정적으로 작동했으며, 85°C에서는 30일 동안 장기 작동 안정성을 보였습니다. 또한, 이 광검출기는 우수한 색상 성능을 보입니다.
다음으로, 그들은 모바일 및 웨어러블 센서(CMOS 이미지 센서 포함), 근접 센서, 디스플레이의 지문 장치 등 다양한 응용 분야에 맞춰 새로운 광검출기와 하이브리드 이미지 센서를 맞춤 제작할 계획입니다.
게시 시간: 2023년 7월 7일