Adana Adıyaman Afyon Ağrı Aksaray Amasya Ankara Antalya Ardahan Artvin Aydın Balıkesir Bartın Batman Bayburt Bilecik Bingöl Bitlis Bolu Burdur Bursa Çanakkale Çankırı Çorum Denizli Diyarbakır Düzce Edirne Elazığ Erzincan Erzurum Eskişehir Gaziantep Giresun Gümüşhane Hakkari Hatay Iğdır Isparta İstanbul İzmir K.Maraş Karabük Karaman Kars Kastamonu Kayseri Kırıkkale Kırklareli Kırşehir Kilis Kocaeli Konya Kütahya Malatya Manisa Mardin Mersin Muğla Muş Nevşehir Niğde Ordu Osmaniye Rize Sakarya Samsun Siirt Sinop Sivas Şanlıurfa Şırnak Tekirdağ Tokat Trabzon Tunceli Uşak Van Yalova Yozgat Zonguldak
İstanbul 26 °C
Gök Gürültülü

Geniş alanlı esnek organik fotodiyotlar silikon cihazlarla rekabet edebilir

06.11.2020
212
Geniş alanlı esnek organik fotodiyotlar silikon cihazlarla rekabet edebilir

Esnek geniş alanlı organik fotodiyotların performansı, artık geleneksel silikon fotodiyot teknolojisine göre avantajlar sunabilecekleri noktaya kadar ilerlemiştir, özellikle de geniş alanlarda düşük ışık seviyelerinin tespit edilmesini gerektiren biyomedikal görüntüleme ve biyometrik izleme gibi uygulamalar için.

Düşük gürültülü, çözümle işlenmiş, esnek organik cihazlar, geniş alan uygulamaları için ölçeklendirilmesi pahalı olabilen geleneksel silikon fotodiyotlarla gerekli olabilecek karmaşık dizileri değiştirmek için rastgele şekillendirilmiş, geniş alanlı fotodiyotları kullanma yeteneği sunar. Organik cihazlar tepki süresi içinde dışında spektrum görünür ışık sert silikon fotodiyot ile karşılaştırılabilir bir performans sağlar.

“Elde ettiğimiz şey, düşük sıcaklıklarda solüsyondan üretilen bu cihazların, tek bir yıldızdan gözümüze ulaşan ışığın büyüklüğüne benzer şekilde, saniyede birkaç yüz bin kadar az görünür ışık fotonu tespit edebildiğinin ilk göstergesidir. Georgia Teknoloji Enstitüsü Elektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Okulunda baş araştırma bilimcisi Canek Fuentes-Hernandez, karanlık bir gökyüzü, ” dedi.

“Bu malzemeleri geniş alanlı alt tabakalar üzerine rastgele şekillerde kaplama yeteneği, esnek organik fotodiyotların artık onlarca mikrosaniye aralığında yanıt süreleri gerektiren uygulamalarda son teknoloji ürünü silikon fotodiyotlara göre bazı belirgin avantajlar sunduğu anlamına geliyor .”

Geniş alanlı, düşük gürültülü organik fotodiyotların gelişimi ve performansı, Science dergisinin 6 Kasım sayısında anlatılıyor . Araştırma, Deniz Araştırmaları Ofisi, Hava Kuvvetleri Bilimsel Araştırma Dairesi ve ABD Enerji Bakanlığı Ulusal Nükleer Güvenlik İdaresi dahil olmak üzere birçok kuruluş tarafından desteklendi.

Organik elektronik cihazlar , silikon gibi geleneksel inorganik yarı iletkenler yerine karbon bazlı moleküllerden veya polimerlerden üretilen malzemelere dayanmaktadır.

Cihazlar, geleneksel elektroniklerin imalatında yer alan pahalı ve karmaşık süreçler yerine basit çözüm ve mürekkep püskürtmeli baskı teknikleri kullanılarak yapılabilir. Teknoloji artık ekranlarda, güneş pillerinde ve diğer cihazlarda yaygın olarak kullanılmaktadır.

Organik fotodiyotlar, Georgia Tech Profesörü Joseph M. Polietilenimin kullanımının, düşük seviyelerde karanlık akıma sahip fotovoltaik cihazlar ürettiği de gösterilmiştir – karanlıkta bile bir cihazdan akan elektrik akımı. Bu, malzemelerin soluk görünür ışık sinyallerini yakalamak için fotodetektörlerde faydalı olabileceği anlamına geliyordu.

Organik fotodiyotlar, silikon muadillerinden çok daha büyük olabilir. Solda, iki geniş alanlı organik fotodiyotla karşılaştırıldığında bir silikon fotodiyot var. Kaynak: Canek Fuentes-Hernandez, Georgia Tech

Gazetenin ilk yazarı Fuentes-Hernandez, “Yıllar geçtikçe, karanlık akım seviyeleri o kadar azaldı ki, saniyenin milyonda birinde bir elektron dalgalanmasına karşılık gelen bir elektronik gürültüyü algılamak için ölçüm ekipmanının yeniden tasarlanması gerekiyordu,” dedi. .

“Bu çalışma, altı yıldan uzun süredir Kippelen grubunda gösterilen sürekli ekip çabalarını yansıtıyor ve yeni mezun Talha Kahn ve Wen-Fang Chou’nun doktora çalışmalarının bir bölümünü kapsıyor. Bu toplu çabalar, organik fotodiyotları göstermek için gereken bilimsel içgörüleri üretti. bu düzeyde bir performansla. “

Yeni cihazlar için bir uygulama, kalp atış hızı ve kan oksijen seviyelerini ölçmek için artık parmaklara yerleştirilen nabız oksimetrelerinde. Organik fotodiyotlar, birden fazla cihazın vücuda yerleştirilmesine ve geleneksel cihazlardan 10 kat daha az ışıkla çalışmasına izin verebilir.

Bu, giyilebilir sağlık monitörlerinin gelişmiş fizyolojik bilgiler üretmesini ve sık pil değiştirmeden sürekli izleme yapmasını sağlayabilir. Diğer potansiyel uygulamalar arasında, temassız hareket tanıma ve kontroller gibi insan-bilgisayar arayüzleri bulunur.

Gelecekteki bir uygulama, iyonlaştırıcı radyasyonun sintilasyon yoluyla tespit edilmesidir – yüksek enerjili bir parçacık tarafından çarpıldığında bir fosfor tarafından yayılan bir ışık parlaması.

Algılanabilecek ışık seviyesinin düşürülmesi, cihazın hassasiyetini artıracak ve daha düşük radyasyon seviyelerini tespit etmesine izin verecektir. Araçlardan veya kargo konteynırlarından yayılan radyasyonun algılanması, silikon fotodiyot dizilerinden çok organik fotodiyotlardan yapılması daha kolay olan geniş bir dedektör alanı gerektirir.

Organik fotodiyotlar, doktorların hastaya iletilen dozu en aza indirmek için mümkün olan en küçük radyasyon seviyesini kullanmak istediği X-ışını ekipmanında benzer avantajlara sahip olabilir. Burada yine hassasiyet, geniş alan ve esnek form faktörü, organik fotodiyotlara silikon tabanlı dizilere göre bir avantaj sağlamalıdır.

Fuentes-Hernandez, “Hızlı fotodetektörlerin üretilmesi birçok ek önemli uygulamaya olanak sağladığından, fotodetektörün yanıt süresini iyileştirmek için çalışıyoruz” dedi. “Daha ölçeklenebilir fotodetektör teknolojileri geliştirmeye gerçekten ihtiyaç var ve bu çalışmanın motivasyonlarından biri ölçeklendirme için uygun maliyetli olduğunu bildiğimiz organik teknolojiyi ilerletmektir.”

Organik fotodiyotlar, onlarca femtoamper aralığında elektronik gürültü akım değerleri ve birkaç yüz femtowatt’lık gürültü eşdeğer güç değerleri gösterebilir. Organik fotodiyotların temel performans faktörleri, araştırmacıların gelecekteki uygulamaları mümkün kılmak için yüz kat iyileştirme üzerinde çalıştıkları yanıt süresi alanı haricinde silikon ile iyi karşılaştırılır.

Georgia Tech baş araştırma bilimcisi Canek Fuentes-Hernandez, performansı silikon bazlı fotodiyotlarınki ile karşılaştırılabilir olan halka şeklinde, geniş alanlı bir organik fotodiyot tutuyor. Kaynak: Canek Fuentes-Hernandez, Georgia Tech

Kippelen, “Mürekkeplerden baskı teknikleri kullanılarak işlenen malzemeler kullandığımız için, bunlar kristal malzemeler kadar sipariş edilmiyor” dedi.

“Sonuç olarak, Tepki Süresi, taşıyıcı hareketliliği ve bu malzemeler arasında hareket edebilen taşıyıcıların hızı daha düşüktür, bu nedenle silikon ile aldığınız aynı hızlı sinyalleri alamazsınız. Ancak birçok uygulama için pikosaniye veya nanosaniye’ye ihtiyacınız yoktur.”

Kippelen için fotodiyot çalışması, organik elektronik malzemelerin performansını artırmak için 25 yıllık bir çabanın sonuçlarını gösteriyor. Georgia Tech’in Organik Fotonik ve Elektronik Merkezi’nin bir parçası olan bu çalışma, temel bilimi anlamak için kapsamlı cihaz modellemesini ve malzemelerin performansını sürekli olarak artırmak için araştırmayı içeriyor.

Kippelen, “Organik ince filmler ışığı silikondan daha verimli bir şekilde emer, bu nedenle bu ışığı absorbe etmek için ihtiyacınız olan toplam kalınlık çok küçüktür” dedi.

“Alanlarını büyütseniz bile, dedektörünüzün toplam hacmi organiklerle küçük kalır. Bir silikon dedektörün alanını arttırırsanız, oda sıcaklığında çok fazla elektronik gürültü üretecek daha büyük hacimde malzemeye sahip olursunuz.”

Kippelen’in laboratuvarında yapılan fotodiyotlar, sadece 500 nanometre kalınlığında aktif bir katman kullanıyor. Kabaca parmak ucu büyüklüğündeki bir gram malzeme, bir ofis masasının yüzeyini kaplayabilir.

Kippelen, Bilim makalesinin organik yarı iletkenler için yeni kapılar açmaya yardımcı olacağını umuyor .

“Bunun gibi gelişmeler, ölçeklenebilir cihazlara yol açabilecek organik malzemelere geçmenin performanstan vazgeçmek anlamına geleceği şeklindeki geleneksel anlayışı değiştirmemize izin verecek” dedi. “Bu ilerlemeyle etkinleştirilebilecek tüm yeni uygulamaları tahmin edemiyoruz.”

ZİYARETÇİ YORUMLARI - 0 YORUM

Henüz yorum yapılmamış.