Forschende am Institut für Angewandte Physik der TU Dresden, in Kooperation mit dem Zentrum für Technologieentwicklung am Deutschen Zentrum für Astrophysik (DZA) in Görlitz und der TH Mittelhessen, haben eine bahnbrechende Technologie entwickelt. Sie präsentierten einen neuen organischen Phototransistor, der in der Lage ist, schwaches Licht effizient zu detektieren und zu speichern. Diese Ergebnisse wurden kürzlich im renommierten Fachjournal „Nature Photonics“ veröffentlicht, was die Bedeutung und Relevanz der Forschung unterstreicht. Jonas Schröder, der Erstautor der Studie, hebt hervor, dass die neuen Lichtsensoren besonders kompakt sind und ohne komplexe Zusatzschaltungen auskommen.
Der integrierte Speichermechanismus des Phototransistors eröffnet vielversprechende neue Einsatzmöglichkeiten, beispielsweise in der multispektralen Bildgebung sowie in kosteneffizienten Sensorsystemen. Photodetektoren sind Schlüsselkomponenten in modernen Technologien, die von Kameras über sensorgesteuerte Fahrsysteme bis hin zu Sicherheitssystemen reichen. Das Forschungsteam hat mit der Entwicklung sogenannter Organic Permeable Base Transistors (OPBTs) eine neue Technologie für Photodetektoren vorgestellt.
Innovative Technik und hohe Empfindlichkeit
Die OPBTs, die vertikale Transistoren aus organischen Halbleitern sind, zeichnen sich durch ihre Energieeffizienz und die Möglichkeit, dünn aufgetragen zu werden, aus. Dr. Johannes Benduhn, Leiter der OSENS-Gruppe, führt aus, dass diese Transistoren das Signal durch gezielte Ladungsspeicherung verstärken können. Die Empfindlichkeit der OPBTs ist beachtlich: Sie erreichen Responsivitäten von bis zu 109 A/W, was die Werte herkömmlicher organischer Photodetektoren übersteigt.
Ein weiteres bemerkenswertes Merkmal dieser Technologie ist ihre Anpassungsfähigkeit an verschiedene Wellenlängen, einschließlich UV- und Infrarotlicht. Im aktuellen Validierungsprojekt OPTICUS wird die Technologie weiterentwickelt, um den technologischen Reifegrad zu erhöhen und neue Anwendungsfelder zu identifizieren. Die OSENS-Gruppe, die aus Expertinnen und Experten in Physik, Materialwissenschaft und Ingenieurwissenschaften besteht, ist an der Professur für Optoelektronik angesiedelt und spielt eine zentrale Rolle in dieser Forschung.
Vorteile gegenüber herkömmlichen Technologien
Die neuen organischen Photodetektoren bieten gegenüber traditionellen siliziumbasierten Photodetektoren erhebliche Vorteile. So sind einige der Herausforderungen, die herkömmliche organische Photodetektoren betreffen, wie die fehlende Photomultiplikation für die Detektion von ultradünnem Licht, in den OPBTs überwunden. Photogating in diesen Phototransistoren stellt eine effektive Methode dar, um signifikante photo-gain zu erzielen.
Die Herstellung dieser OPBTs erfolgt vollständig durch thermische Verdampfung, was ihre Integrationsfähigkeit in bestehende Systeme verbessert. Zudem können sie bei niedrigen Betriebsspannungen von bis zu 2 V betrieben werden und erreichen Schaltgeschwindigkeiten von nahezu 100 MHz. Diese Eigenschaften machen sie zu potenziellen Kandidaten für Anwendungen als low-light Phototransistoren und als Foto-Speichergeräte.
Die Erforschung organischer Photodetektoren ist ein wachsendes Feld, in dem neue Materialien und Gerätearchitekturen ständige Aufmerksamkeit erhalten. Zudem hat die Integration in ein Nahinfrarotspektrometer in Zentimetergröße vielversprechende Resultate gezeigt. Mit dem kontinuierlichen Fortschritt in diesem Bereich wird die präzise Detektion von Licht eine zentrale Rolle in zukünftigen technologischen Entwicklungen spielen.
