Dioda organik fleksibel area luas dapat bersaing dengan perangkat silikon
Semiconductor

Dioda organik fleksibel area luas dapat bersaing dengan perangkat silikon


Photodioda organik berbentuk cincin dan area luas yang fleksibel dapat meningkatkan kinerja sensor yang dapat dikenakan yang memantau kesehatan jantung dan paru. Kredit: Canek Fuentes-Hernandez, Georgia Tech

Kinerja fotodioda organik area luas yang fleksibel telah maju ke titik di mana mereka sekarang dapat menawarkan keunggulan dibandingkan teknologi fotodioda silikon konvensional, terutama untuk aplikasi seperti pencitraan biomedis dan pemantauan biometrik yang memerlukan pendeteksian tingkat rendah cahaya di area yang luas.

Perangkat organik fleksibel yang memiliki noise rendah, diproses solusi, dan fleksibel menawarkan kemampuan untuk menggunakan fotodioda area luas yang berbentuk sewenang-wenang untuk menggantikan susunan kompleks yang akan diperlukan dengan fotodioda silikon konvensional, yang dapat mahal untuk ditingkatkan skalanya untuk aplikasi area luas. Perangkat organik memberikan kinerja yang sebanding dengan dioda silikon kaku dalam spektrum cahaya tampak — kecuali dalam waktu respons.

“Apa yang telah kami capai adalah demonstrasi pertama bahwa perangkat ini, yang dihasilkan dari larutan pada suhu rendah, dapat mendeteksi sedikitnya beberapa ratus ribu foton cahaya tampak setiap detik, serupa dengan besarnya cahaya yang mencapai mata kita dari satu bintang di langit yang gelap, “kata Canek Fuentes-Hernandez, ilmuwan peneliti utama di Sekolah Teknik Listrik dan Komputer di Institut Teknologi Georgia. “Kemampuan untuk melapisi bahan-bahan ini ke substrat area luas dengan bentuk yang berubah-ubah berarti bahwa dioda organik fleksibel sekarang menawarkan beberapa keuntungan yang jelas dibandingkan dioda silikon yang canggih dalam aplikasi yang membutuhkan waktu respons dalam kisaran puluhan mikrodetik.”

Perkembangan dan kinerja fotodioda organik dengan kebisingan rendah di area besar dijelaskan dalam jurnal edisi 6 November Ilmu. Penelitian ini didukung oleh banyak organisasi, termasuk Kantor Penelitian Angkatan Laut, Kantor Penelitian Ilmiah Angkatan Udara, dan Administrasi Keamanan Nuklir Nasional Departemen Energi AS.

Perangkat elektronik organik didasarkan pada bahan yang dibuat dari molekul atau polimer berbasis karbon, bukan semikonduktor anorganik konvensional seperti silikon. Perangkat dapat dibuat menggunakan solusi sederhana dan teknik pencetakan inkjet daripada proses mahal dan kompleks yang terlibat dalam pembuatan elektronik konvensional. Teknologi tersebut sekarang banyak digunakan di layar, sel surya, dan perangkat lainnya.

Fotodioda organik menggunakan polietilenimina, pengubah permukaan polimer yang mengandung amina yang ditemukan menghasilkan elektroda dengan fungsi kerja rendah dan stabil udara dalam perangkat fotovoltaik yang dikembangkan di laboratorium Bernard Kippelen, Profesor Joseph M. Pettit di Georgia Tech. Penggunaan polietilenimina juga terbukti menghasilkan perangkat fotovoltaik dengan tingkat arus gelap yang rendah — arus listrik yang mengalir melalui perangkat bahkan dalam gelap. Ini berarti bahan tersebut dapat berguna dalam detektor foto untuk menangkap sinyal samar dari cahaya tampak.

Dioda organik fleksibel area luas dapat bersaing dengan perangkat silikon

Fotodioda organik bisa jauh lebih besar dari pada silikon. Di sebelah kiri adalah fotodioda silikon dibandingkan dengan dua fotodioda organik area besar. Kredit: Canek Fuentes-Hernandez, Georgia Tech

“Selama bertahun-tahun, tingkat arus gelap berkurang begitu banyak sehingga peralatan pengukuran harus didesain ulang untuk mendeteksi gangguan elektronik yang berhubungan dengan fluktuasi satu elektron dalam sepersejuta detik,” kata Fuentes-Hernandez, penulis pertama makalah tersebut. . “Karya ini mencerminkan upaya tim berkelanjutan yang dilakukan di kelompok Kippelen selama lebih dari enam tahun dan mencakup bagian dari karya Ph.D. lulusan baru Talha Kahn dan Wen-Fang Chou. Upaya kolektif ini menghasilkan wawasan ilmiah yang diperlukan untuk menunjukkan fotodioda organik dengan tingkat kinerja ini. “

Salah satu aplikasi untuk perangkat baru ini adalah oksimeter denyut yang sekarang ditempatkan di jari untuk mengukur detak jantung dan kadar oksigen darah. Fotodioda organik memungkinkan beberapa perangkat ditempatkan pada tubuh dan beroperasi dengan cahaya 10 kali lebih sedikit daripada perangkat konvensional. Ini dapat memungkinkan monitor kesehatan yang dapat dikenakan untuk menghasilkan informasi fisiologis yang lebih baik dan pemantauan berkelanjutan tanpa sering mengganti baterai. Aplikasi potensial lainnya termasuk antarmuka manusia-komputer seperti pengenalan dan kontrol gerakan tanpa sentuhan.

Penerapannya di masa mendatang adalah deteksi radiasi pengion dengan kilau — kilatan cahaya yang dipancarkan oleh fosfor saat dipukul oleh partikel berenergi tinggi. Menurunkan tingkat cahaya yang dapat dideteksi akan meningkatkan sensitivitas perangkat, memungkinkannya mendeteksi tingkat radiasi yang lebih rendah. Mendeteksi radiasi yang dipancarkan dari kendaraan atau kontainer kargo membutuhkan area detektor yang luas, yang akan lebih mudah dibuat dari fotodioda organik daripada dari susunan fotodioda silikon.

Fotodioda organik dapat memiliki keunggulan serupa pada peralatan sinar-X, di mana dokter ingin menggunakan tingkat radiasi sekecil mungkin untuk meminimalkan dosis yang diberikan kepada pasien. Di sini sekali lagi, sensitivitas, area yang luas, dan faktor bentuk yang fleksibel harus memberikan fotodioda organik keuntungan dibandingkan susunan berbasis silikon.

“Kami sedang bekerja untuk meningkatkan waktu respons dari photodetector karena memproduksi fotodetektor yang cepat akan memungkinkan banyak aplikasi tambahan yang penting,” kata Fuentes-Hernandez. “Ada kebutuhan nyata untuk mengembangkan teknologi fotodetektor yang lebih dapat diskalakan, dan salah satu motivasi dari pekerjaan ini adalah untuk memajukan teknologi organik yang kami tahu hemat biaya untuk penskalaan.”

Fotodioda organik dapat menunjukkan nilai arus derau elektronik dalam rentang puluhan femtoampere dan nilai daya setara derau beberapa ratus femtowatt. Faktor kinerja utama dari fotodioda organik sebanding dengan silikon kecuali di area waktu respons, di mana para peneliti sedang mengerjakan perbaikan seratus kali lipat untuk memungkinkan aplikasi di masa depan.

Dioda organik fleksibel area luas dapat bersaing dengan perangkat silikon

Ilmuwan peneliti utama Georgia Tech, Canek Fuentes-Hernandez, memegang fotodioda organik area luas berbentuk cincin yang kinerjanya sebanding dengan fotodioda berbasis silikon. Kredit: Canek Fuentes-Hernandez, Georgia Tech

“Karena kami menggunakan bahan yang diolah dari tinta dengan menggunakan teknik cetak, tidak sesuai pesanan seperti bahan kristal,” kata Kippelen. “Akibatnya, mobilitas pengangkut dan kecepatan pengangkut yang dapat bergerak melalui bahan-bahan ini menjadi lebih rendah, sehingga Anda tidak bisa mendapatkan sinyal cepat yang sama seperti yang Anda dapatkan dengan silikon. Tetapi untuk banyak aplikasi Anda tidak memerlukan pikodetik atau nanodetik waktu merespon.”

Bagi Kippelen, karya fotodioda menunjukkan hasil upaya selama 25 tahun untuk meningkatkan kinerja material elektronik organik. Pekerjaan itu, bagian dari Pusat Fotonik dan Elektronik Organik Georgia Tech, telah melibatkan pemodelan perangkat ekstensif untuk memahami sains dasar, dan penelitian untuk terus meningkatkan kinerja material.

“Lapisan tipis organik menyerap cahaya lebih efisien daripada silikon, jadi ketebalan keseluruhan yang Anda butuhkan untuk menyerap cahaya itu sangat kecil,” kata Kippelen. “Bahkan jika Anda memperbesar area mereka, volume keseluruhan detektor Anda tetap kecil dengan organik. Jika Anda meningkatkan area detektor silikon, Anda memiliki volume material yang lebih besar yang pada suhu kamar akan menghasilkan banyak suara elektronik.”

Fotodioda yang dibuat di lab Kippelen menggunakan lapisan aktif dengan ketebalan hanya 500 nanometer. Satu gram bahan, kira-kira seukuran ujung jari, bisa melapisi permukaan meja kantor.

Kippelen berharap Ilmu kertas akan membantu membuka pintu baru untuk semikonduktor organik.

“Kemajuan seperti ini akan memungkinkan kami untuk mengubah kebijaksanaan konvensional bahwa beralih ke bahan organik yang dapat mengarah ke perangkat yang dapat diskalakan akan berarti mengorbankan kinerja,” katanya. “Kami tidak dapat mengantisipasi semua aplikasi baru yang dapat diaktifkan sebelumnya.”


Sensor optik OPD yang mereproduksi warna apa pun


Informasi lebih lanjut:
“Dioda organik fleksibel dengan tingkat kebisingan rendah pada area luas untuk mendeteksi cahaya tampak yang redup” Ilmu (2020). science.sciencemag.org/cgi/doi… 1126 / science.aba2624

Disediakan oleh Institut Teknologi Georgia

Kutipan: Dioda organik fleksibel area besar dapat bersaing dengan perangkat silikon (2020, 5 November), diakses 27 November 2020 dari https://techxplore.com/news/2020-11-large-area-flexible-photodiodes-silicon-devices.html

Dokumen ini memiliki hak cipta. Selain dari transaksi yang adil untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten disediakan untuk tujuan informasi saja.


Halaman Ini Di Persembahkan Oleh : http://54.248.59.145/