โฟโตไดโอดอินทรีย์เป็นคู่แข่งกับอุปกรณ์ซิลิกอน

แม้ว่าซิลิกอนโฟโตไดโอดจะใช้กันอย่างแพร่หลายในเทคโนโลยีการตรวจจับแสง แต่การปรับขนาดนั้นยากและมีราคาแพง นักวิจัยจากสถาบันเทคโนโลยีแห่งจอร์เจีย (Georgia Tech) ในสหรัฐอเมริกาได้เปรียบเทียบประสิทธิภาพของไดโอดเหล่านี้กับไดโอดแบบโพลิเมอร์อินทรีย์ ซึ่งง่ายต่อการประดิษฐ์ในพื้นที่ขนาดใหญ่ นักวิจัยพบว่าอุปกรณ์ออร์แกนิกจับคู่กับสารอนินทรีย์

ในทุกพื้นที่ยกเว้นเวลาตอบสนอง 

“ผลที่ได้ขัดกับภูมิปัญญาดั้งเดิมที่เปลี่ยนไปใช้วัสดุอินทรีย์ที่สามารถนำไปสู่อุปกรณ์ที่ปรับขนาดได้จะทำให้ประสิทธิภาพลดลง” สมาชิกในทีมBernard Kippelenกล่าว ซิลิคอนโฟโตไดโอด (SiPDs) เป็นเครื่องตรวจจับรังสีอัลตราไวโอเลต แสงที่มองเห็นได้ และแสงอินฟราเรดใกล้อินฟราเรดที่มีประสิทธิภาพมาก เมตริกหนึ่งที่ใช้วัดประสิทธิภาพคือกำลังเสียงเทียบเท่า (NEP) ซึ่งกำหนดเป็นพลังงานแสงที่สร้างอัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวน (SNR) เท่ากับหนึ่ง 

เนื่องจากประสิทธิภาพของโฟโตไดโอดนั้นแตกต่างกันไปตามพื้นที่และแบนด์วิดท์ที่ใช้วัด นักวิจัยจึงใช้พารามิเตอร์อื่น การตรวจจับเฉพาะ เพื่อเปรียบเทียบประสิทธิภาพของอุปกรณ์ต่างๆ ค่าการตรวจจับจำเพาะที่สูงขึ้นหมายความว่าโฟโตไดโอดสามารถตรวจจับระดับแสงที่จางลงได้

SiPDS ที่มีพื้นที่ขนาดเล็กและมีเสียงรบกวนต่ำสามารถทำงานได้ดีเมื่อเทียบกับเมตริกเหล่านี้ พวกมันมีการตรวจจับเฉพาะประมาณ 10 12ซม. Hz 1/2 W -1ในส่วนที่มองเห็นและอินฟราเรดของสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้าเมื่อประเมินที่แบนด์วิดท์ต่ำ อย่างไรก็ตาม การรักษาประสิทธิภาพนี้ไว้เมื่ออุปกรณ์ถูกประดิษฐ์ขึ้นในพื้นที่ขนาดใหญ่จำเป็นต้องมีการควบคุมข้อบกพร่องของคริสตัลในวัสดุโฟโตไดโอดอย่างเข้มงวด การดำเนินการนี้อาจทำได้ยาก และหัวหน้าทีมCanek Fuentes-Hernandezตั้งข้อสังเกตว่า

ความรู้เกี่ยวกับประสิทธิภาพของ SiPD ที่แท้จริง

นั้นอาจเป็นหย่อมได้ “น่าเสียดายที่ตัวชี้วัดเหล่านี้ไม่ค่อยได้วัด และการประมาณที่ไม่ผ่านการตรวจสอบสามารถนำไปสู่ข้อผิดพลาดขนาดใหญ่เมื่อประมาณค่าของพวกมัน” เขากล่าวกับPhysics World

ด้วยการวัดเมตริกหลักเหล่านี้ Fuentes-Hernandez, Kippelen และเพื่อนร่วมงานพบว่าโฟโตไดโอดอินทรีย์แบบยืดหยุ่นที่มีเสียงรบกวนต่ำในพื้นที่ขนาดใหญ่มีประสิทธิภาพเท่ากับ SiPDs พื้นที่ขนาดเล็กในการตรวจจับแสงสลัวในช่วงที่มองเห็นได้ อุปกรณ์อินทรีย์ยังแสดงค่ากระแสเสียงอิเล็กทรอนิกส์ในช่วงสิบเฟมโตแอมแปร์และค่าพลังงานเทียบเท่าเสียงไม่กี่ร้อยเฟมโตวัตต์ ค่าทั้งสองเปรียบเทียบได้ดีกับซิลิคอนเมื่อวัดที่แบนด์วิดท์ต่ำ

อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อินทรีย์ในงานของพวกเขา สมาชิกของทีม Georgia Techได้ศึกษาโฟโตไดโอดอินทรีย์ P3HT:ICBA บนอิเล็กโทรดอินเดียมทินออกไซด์/โพลิเอทิลเลนิมีนอีทอกซิเลตและ MoO x /Ag อิเล็กโทรดโพลิเอทิลีนมีความเสถียรในอากาศและยังช่วยให้นักวิจัยผลิตอุปกรณ์ไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ที่มีกระแสไฟฟ้ามืดในระดับต่ำ (กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านอุปกรณ์แม้ว่าจะไม่มีแสงส่องส่องลงมาก็ตาม) กระแสมืดต่ำเหล่านี้หมายความว่าวัสดุนี้สามารถนำมาใช้ในเครื่องตรวจจับแสงที่ออกแบบมาเพื่อจับสัญญาณแสงที่มองเห็นได้จาง ๆ

เช่นเดียวกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้โพลิเมอร์อินทรีย์อื่น ๆ โฟโตไดโอดเหล่านี้สามารถทำได้โดยใช้เทคนิคการประมวลผลโซลูชันและการพิมพ์แบบอิงค์เจ็ตอย่างง่าย ทำให้สามารถเคลือบบนพื้นผิวต่างๆ ได้ รวมถึงพื้นผิวที่ยืดหยุ่นได้ เช่น ที่ใช้ในจอแสดงผลและเซลล์แสงอาทิตย์ ฟิล์มอินทรีย์บางสามารถดูดซับได้อย่างมีประสิทธิภาพมากกว่าซิลิกอน ดังนั้นความหนาโดยรวมของชั้นดูดซับแสงแบบแอคทีฟในโฟโตไดโอดอินทรีย์จึงมีขนาดเล็กมาก อันที่จริง ชั้นโฟโตไดโอดของทีมจอร์เจียเทคมีความหนาเพียง 500 นาโนเมตรเท่านั้น “วัสดุหนึ่งกรัมสามารถเคลือบพื้นผิวของโต๊ะทำงานได้” Fuentes-Hernandez กล่าว “แม้ว่าคุณจะขยายพื้นที่ของพวกมัน ปริมาตรโดยรวมของเครื่องตรวจจับของคุณก็ยังน้อยเมื่อมีสารอินทรีย์ หากคุณเพิ่มพื้นที่ของเครื่องตรวจจับซิลิโคน

การกระทำของโฟโตนิกไดโอด2D MXenes สร้างโฟโตนิกไดโอด

การวัดโดยตรงเผยให้เห็นว่าอุปกรณ์ที่ใช้วัสดุเหล่านี้สามารถตรวจจับแสงที่มองเห็นได้เพียงไม่กี่แสนโฟตอนทุกวินาที ซึ่งเทียบเท่ากับขนาดของแสงที่ส่องมาถึงดวงตาของเราจากดาวดวงเดียวในท้องฟ้ามืด Fuentes-Hernandez อธิบาย ความไวนี้เมื่อรวมกับความสามารถในการเคลือบบนพื้นผิวขนาดใหญ่ที่มีรูปร่างตามอำเภอใจ หมายความว่าโฟโตไดโอดอินทรีย์ “ตอนนี้มีข้อได้เปรียบที่ชัดเจนเหนือ SiPD ที่ล้ำสมัยในการใช้งานที่ต้องการเวลาตอบสนองในช่วงสิบไมโครวินาที ” เขากล่าวเสริม

ขยายขอบเขตการใช้งานทีมงานกล่าวว่าโฟโตไดโอดอินทรีย์สามารถใช้ในการใช้งานทางการแพทย์ เช่น เครื่องวัดความอิ่มตัวของออกซิเจนในเลือด ซึ่งใช้แสงเพื่อวัดอัตราการเต้นของหัวใจและระดับออกซิเจนในเลือด ความยืดหยุ่นของโฟโตไดโอดเหล่านี้อาจทำให้อุปกรณ์ดังกล่าวหลายตัวสามารถวางบนส่วนต่างๆ ของร่างกายได้ และนักวิจัยกล่าวว่าพวกเขาสามารถตรวจจับแสงได้หนึ่งในสิบที่อุปกรณ์ทั่วไปต้องการ สิ่งนี้จะทำให้สามารถสร้างเครื่องตรวจสุขภาพที่สวมใส่ได้ซึ่งให้ข้อมูลทางสรีรวิทยาที่ดีขึ้น

มีอุปสรรคเพียงข้อเดียว: ที่ 35 ไมโครวินาที เวลาตอบสนองของอุปกรณ์อินทรีย์จะยาวนานกว่าของ SiPDS อย่างมาก ซึ่งโดยทั่วไปจะมีเวลาตอบสนองเป็นพิโควินาทีหรือนาโนวินาที นักวิจัยที่รายงานผลงานของพวกเขาในScienceกล่าวว่าพวกเขากำลังดำเนินการปรับปรุงเวลาตอบสนองเพื่อขยายขอบเขตของแอปพลิเคชันที่เป็นไปได้สำหรับอุปกรณ์ “เวลาตอบสนองที่ช้าลงของอุปกรณ์ปัจจุบันของเรามาจากการที่เราใช้วัสดุที่ประมวลผลจากหมึก

โดยใช้เทคนิคการพิมพ์หรือการเคลือบที่ไม่ได้รับคำสั่งเหมือนวัสดุที่เป็นผลึก” Kippelen อธิบาย “ด้วยเหตุนี้ การเคลื่อนที่ของตัวพาและความเร็วของตัวพาที่สามารถเคลื่อนที่ผ่านวัสดุเหล่านี้ได้จึงต่ำลง ดังนั้นคุณจึงไม่สามารถรับสัญญาณเร็วแบบเดียวกับที่คุณได้รับจากซิลิคอน แต่สำหรับแอปพลิเคชันจำนวนมาก คุณไม่จำเป็นต้องใช้เวลาตอบสนองแบบ picosecond หรือ nanosecond”

Credit : chaneloutletinaus.net cheapestfitnessequipment.org cheapestlevitravardenafil.net chesterrailwaystation.org cialisdailybuycheapcialisfgrhy.com