シリコンデバイスに匹敵する大面積フレキシブル有機光ダイオード

ad
ad
ad

(Large-area Flexible Organic Photodiodes Can Compete With Silicon Devices)

2020/11/5 アメリカ合衆国・ジョージア科大学(GeorgiaTech)

有機フォトダイオードとシリコン

・ Georgia Tech が、低温度の溶液プロセスによる、大面積・低ノイズの有機光ダイオードの製造技術を開発。
・ シリコン等の無機半導体に代わり、ポリマー材料から構成される有機薄膜電子デバイスは、シンプルな溶液プロセスやインクジェットプリント技術で作製でき、ディスプレイや太陽電池等のデバイス製造に幅広く利用されている。
・ 有機薄膜はシリコンに比べて光吸収効率が高く、大面積化しても総容量が変わらないが、シリコン光ダイオードの大面積化では材料がより多く必要となるためコストがかかり、室温下で多量の電子ノイズが発生する。
・ 新有機光ダイオードの活性層は僅か 500nm の薄さで、指先ほどのサイズの 1g でオフィスデスクの表面全体をカバーする。大面積基板に任意の形状に塗布して容易に作製できる。
・ 新有機光ダイオードは従来のシリコン光ダイオードの性能に匹敵し、数十マイクロ秒範囲内のレスポンスタイムを要するアプリケーションにおいてシリコンデバイスを超える利点を提供する。
・ アミンを含有するポリマー表面改質剤であるポリエチレンイミンを使用した製造で、低レベル暗電流の光起電デバイスとして可視光の微弱な信号を検出。暗電流のレベルはここ数年で低下しており、1個の電子の 100 万分の 1 秒のゆらぎに相当する電子ノイズを検出できるような計測機器の再設計が必要となっている。
・ 同有機光ダイオードのアプリケーションとしては、指先に装着して脈拍数や動脈血酸素飽和レベルを測定するパルスオキシメーターが考えられる。複数のデバイスを身体に配置でき、従来デバイスの10 倍低い光の量で作動するため、ウェアラブルによる健康モニタリングでより高精度の生理学的情報の獲得や、頻繁な電池交換が不要な継続した運転が可能となる。
・ また、非接触ジェスチャー認識等のヒューマン・コンピュータ-・インターフェイス(HCI)や、将来的にはシンチレーションによる電離放射線を検出するアプリケーションも可能と考える。
・ 本研究は、米国海軍研究局(ONR)、米国空軍科学研究局(AFOSR)および米国エネルギー省(DOE)の国家核安全保障局(NNSA)が支援した。
URL: https://news.gatech.edu/2020/11/05/large-area-flexible-organic-photodiodes-cancompete-silicon-devices

<NEDO海外技術情報より>

(関連情報)

Science 掲載論文(アブストラクトのみ:全文は有料)
Large-area low-noise flexible organic photodiodes for detecting faint visible light
URL: https://science.sciencemag.org/content/370/6517/698

Abstract

Silicon photodiodes are the foundation of light-detection technology; yet their rigid structure and limited area scaling at low cost hamper their use in several emerging applications. A detailed methodology for the characterization of organic photodiodes based on polymeric bulk heterojunctions reveals the influence that charge-collecting electrodes have on the electronic noise at low frequency. The performance of optimized organic photodiodes is found to rival that of low-noise silicon photodiodes in all metrics within the visible spectral range, except response time, which is still video-rate compatible. Solution-processed organic photodiodes offer several design opportunities exemplified in a biometric monitoring application that uses ring-shaped, large-area, flexible, organic photodiodes with silicon-level performance.

タイトルとURLをコピーしました