Charge-integrating organic heterojunction phototransistors for wide-dynamic-range image sensors

光电二极管 响应度 动态范围 异质结 光电子学 辐照度 光电流 材料科学 图像传感器 光电探测器 高动态范围 宽动态范围 时滞与积分 帧速率 光学 物理
作者
Adrien Pierre,Abhinav M. Gaikwad,Ana Claudia Arias
出处
期刊:Nature Photonics [Nature Portfolio]
卷期号:11 (3): 193-199 被引量:167
标识
DOI:10.1038/nphoton.2017.15
摘要

Solution-processed phototransistors can substantially advance the performance of image sensors. Phototransistors exhibit large photoconductive gain and a sublinear responsivity to irradiance, which enables a logarithmic sensing of irradiance that is akin to the human eye and has a wider dynamic range than photodiode-based image sensors. Here, we present a novel solution-processed phototransistor composed of a heterostructure between a high-mobility organic semiconductor and an organic bulk heterojunction. The device efficiently integrates photogenerated charge during the period of a video frame then quickly discharges it, which significantly increases the signal-to-noise ratio compared with sampling photocurrent during readout. Phototransistor-based image sensors processed without photolithography on plastic substrates integrate charge with external quantum efficiencies above 100% at 100 frames per second. In addition, the sublinear responsivity to irradiance of these devices enables a wide dynamic range of 103 dB at 30 frames per second, which is competitive with state-of-the-art image sensors. A solution-processed organic phototransistor is operated at 100-frame-per-second rates with external quantum efficiencies above 100%. Dynamic range as high as 103 dB was shown for 30-frame-per-second operation.
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