增强高级图像传感器的有机光电探测器性能

有机光电探测器(OPD)是图像传感器的“眼睛”，可应用于下一代先进设备的各种二极管系统。与传统无机光电探测器相比，OPD的明显优势在于其极高的灵活性和低功耗要求。然而，OPD中的噪声会影响性能。因此，降噪对于提高OPD的性能非常重要。

几种机制可能会引起噪声的来源。其中，热电子发射(带电粒子从带电金属表面流动，由于热能克服静电结合力)和直接电子隧穿(一种量子力学过程，即使在粒子的能量低于势垒高度)是低偏压下的可能模型。然而，迄今为止，主要的噪声产生机制仍然未知。

为此，由韩国中央大学综合工程学院的DongHwanWang教授和他的博士后研究员WoongsikJang博士领导的一项研究合作，通过与热电子相关的实验建模机制研究了OPD中的暗电流发射和隧穿以确定OPD中产生的噪声的主要原因。

研究人员在2022年11月4日在线发表于AdvancedFunctionalMaterials的一篇最新文章中介绍了他们的发现。

王教授解释说：“尽管为减少OPD中的噪音做出了很多努力，但在确定噪音来源的机制方面所做的工作很少。”该团队通过实验证明，形成“肖特基势垒”的电荷载流子势垒能的形成，即电极-光敏层界面处的金属-半导体结，偏压和热能共同使电荷从一个电极注入到另一个电极。这反过来又变成了暗电流。

研究人员分析了电流和电压之间的相关性，以揭开噪声来源的神秘面纱。他们通过调节势垒能来控制三个不同能级的受体，从而确定了电流和势垒能之间的关系。研究人员发现了反向偏压下暗电流密度的自然对数与肖特基势垒高度的平方根之间的线性关系。这一发现有力地表明直接隧穿是暗电流注入的主要机制。

凭借噪声起源的机制，该团队开发了一种具有高效注入屏障的OPD，可通过噪声抑制提高检测速度。在这项研究中开发的OPD可以扩展以促进弯曲设计，从而允许没有滤色器的微型外形。“由于对OPD中产生的噪声的解释，我们可以实现这些令人难以置信的特性。开发的弯曲设计OPD能够在不受透镜设计限制的情况下进行100%全向传感，并且可以检测奇异波长”，Wang教授指出。

总而言之，这一发展通过理论计算通过实验证明了OPD中噪声的主要主导机制，从而实现快速响应和出色的检测。由于通过引入OPD使图像传感器小型化，因此可以实现数亿像素的高集成度。对主要噪声产生机制的进一步研究有助于抑制暗电流，从而提高高级应用中的OPD性能。