Aktuální vydání

celé číslo

03

2021

Digitální transformace, chytrá výroba, digitální dvojčata

Komunikační sítě, IIoT, kybernetická bezpečnost

celé číslo

Organické fotodiody pro použití v senzorech

Za schopnost vidět vděčíme důmyslné technice matky přírody: naše oko přijímá svět­lo z okolí a mění je na sítnici oka v informaci, kterou předává do mozku. Na stejném principu pracují optické komponenty, často také nazý­vané fotodetektory. Používají se v digitálních kamerách a mimo to se uplatňují v automatizační technice, bioanalytice nebo i při snímá­ní obrazů v lékařské diagnostice. Dosud jsou tyto optické komponenty většinou vyráběny z anorganických materiálů, jako je např. křemík. Odborníci Fraunhoferova ústavu pro or­ganické materiály a elektronické komponenty COMEDD v Drážďanech nyní vyvinuli orga­nické fotodiody (OPD) na bázi organických molekul, které jsou velmi slibnou alternati­vou ke křemíkovým fotodetektorům. „Nové organické fotodiody mají oproti anorganickým komponentám řadu výhod: jsou velmi lehké, výkonné, levně se vyrábějí, a v případě potře­by dovolují dokonce také flexibilní použití,“ zdůrazňuje Dr. Olaf R. Hild, vedoucí odděle­ní vývoje organických fotodiod.

 
Jaký materiál použít, závisí především na tom, jaké spektrum vlnových délek zákazník pro své specifické použití potřebuje. Organic­ké materiály jsou vždy citlivé jen v určitém rozsahu vlnových délek – tzn. že reagují např. jen na zelené světlo. Výběrem materiálu tedy odborníci mohou ovládat spektrální citlivost optických senzorů a individuálně je přesně přizpůsobit požadavkům uživatele. Materiály, které jsou dnes k dispozici, přitom již pokrý­vají široké spektrum vlnových délek. Pro speciální použití, např. v pásmu UV nebo blízko infračerveného rozsahu, drážďanští odborní­ci navíc vyvíjejí také kompaktní mikrosenzo­ry, v nichž účelně kombinují organické polo­vodiče s klasickou křemíkovou technologií.
 
Spektrum použití organických fotodiod sahá od maličkých senzorových prvků v digi­tálních kamerách nebo v bioanalytických pří­strojích až po velkoplošná zařízení pro kon­trolu kvality v průmyslových provozech. Ve výrobě automobilů je lze použít např. k včas­nému odhalení i drobného poškození lakova­ných ploch. Organické fotodiody v prvcích typu „Lab-on-chip“ (laboratoř na čipu) mo­hou např. detekovat určité sekvence DNA, které byly opatřeny fluorescenčními látka­mi, tzv. markery. Ve špičkových digitálních kamerách je možné pomocí organických foto­diod zvýšit světelnou citlivost. „Aby se zvý­šila světelná citlivost dnes používaných čipů CCD, lze kamerové čipy přímo opatřit vrst­vou našich fotodiod. Ty umožňují vyšší citli­vost na světlo, protože mohou využívat větší aktivní plochu,“ vysvětluje Dr. Hild.
 
Na rozdíl od komponent založených na křemíku je možné použitím organických foto­diod zhotovit pružné, ohebné senzory (obr. 1). Při tomto procesu jsou organické fotodiody nanášeny na polymerové fólie, které lze snad­no upevnit na prohnuté nebo nerovné povr­chy. Takto je možné snadno vyrábět speciál­ní formy pro kontrolu kvality, do kterých se zkoušený předmět jednoduše vloží. To umož­ňuje např. kontrolovat celé autodveře najed­nou – kdy se třeba zjišťuje, zda je lakovaný povrch všude stejně kvalitní, nebo je místy poškrábaný. Zejména u velkoplošných zaříze­ní jsou organické fotodiody levnější variantou k současným křemíkovým prvkům. Nanášet křemík na velké plochy je totiž velmi prac­né a drahé. Naproti tomu organické fotodio­dy je možné jednoduchými technologickými postupy nanášet na poměrně levné materiá­ly. Při tom mohou odborníci účelně využívat ověřené výrobní metody uplatňované např. při zhotovování organických fotočlánků.
 
Na letošním veletrhu Sensor+Test v Norim­berku (3. až 5. června 2014) představil Fraun­hoferův ústav COMEDD výsledky svého vý­zkumu a vývoje odborné veřejnosti. Velkou pozornost poutal zejména demonstrační barev­ný senzor se čtyřmi organickými fotodiodami, z nichž každá měla jinou spektrální citlivost.
[Informace pro tisk Fraunhoferova ústavu CO­MEDD: Organische Photodioden für Sensoran­wendungen, 3. 6. 2014.]
(Kab.)
 

Obr. 1. Organické diody nanesené na pružné polymerové fólii (foto: Fraunhofer COMEDD)