A Study on Hybrid Organic CMOS Image Sensor Designed with Blue, Green and Red Photosensitive Organic Photodiodes

Abstract

CMOS 이미지 센서 포토 다이오드의 광 흡수 효율을 높이기 위해 유기물 을 이용한 유기 CMOS 이미지 센서에 대한 연구를 진행 하였다. 청색 물질로 3-(2-Benzothiazolyl)-7-(diethylamino)coumarin (Coumarin6) 및 Fullerene (C60), 녹색 물질로 5,12-Dihydro-5,12-dimethylquino[2,3- b]acridine-7,14-dione (DMQA) 및 N,N'-Dimethyl-3,4,9,10-perylenedi carboximide (MePTC), 적색 물질로 Zinc phthalocyanine (ZnPc) 및 Titanium Oxide phthalocyanine (TiOPc) 를 사용하였다. 청색, 녹색 및 적색 유기 포토 다이오드는 각각 1.95, 1.37 및 2.08 × 10 -6 A의 광 전류를 보여 주며, 이는 실리콘 포토 다이오드의 1.04 × 10 -6 A보다 높았다. 특히, CMOS 이미지 센서 셀의 유기 포토 다이오드 광 전류 증가에 의해 청색, 녹색, 적색 유기 CMOS 이미지 센서 셀의 출력 전압 감지 마진이 실리콘 CMOS 이미지 센서에 비해 1.17, 1.11, 1.37 배 향상 되었다. 유기 CMOS 이미지 센서 셀에 서 이러한 향상된 출력 전압 감지 마진은 실리콘보다 청색, 녹색 및 적색 파 장에서의 훨씬 더 많은 광 흡수 및 광자 생성에 의한 것으로 확인 되었다. 기 존에 없었던 하이브리드 유기 CMOS 이미지 센서를 설계함으로써, 본 논문에 서 제안한 유기 CMOS 이미지 센서 셀은 개방 개구율을 최대 100 % 까지 확보 할 수 있기 때문에 초 고해상도 CIS 셀에 적용될 수 있다.|To enhance the efficiency in the light absorption of the photodiode of CMOS image sensor cell (CIS), I propose the organic photodiodes (OPD) of CIS cells with using organic materials; 3-(2-Benzothiazolyl)-7-(diethylamino)coumarin (Coumarin6) and Fullerene (C60) for blue material, 5,12-Dihydro-5,12-dimethylquino[2,3-b]acridine-7,14-dione (DMQA) and N, N′-Dimethyl-3,4,9,10-perylenedicarboximide (MePTC) for green material, and Zinc phthalocyanine (ZnPc) and Titanium Oxide phthalocyanine (TiOPc) for red material. These blue, green and red OPDs demonstrated photo currents of 1.95, 1.37, and 2.08 × 10-6 A, respectively, which were higher than 1.04 × 10-6 A of typical silicon photo diode. In particular, this increase in the photo currents of OPD of the CIS cells led to the enhancing output voltage sensing margins of blue, green and red organic CIS cells, which were 1.17, 1.11, and 1.37 times enhancement compared with Si CIS. It was confirmed that this enhanced output voltage sensing margins in organic CIS cells were due to much more light absorption and photon generation at the wavelengths of blue, green and red colors than that of Si. By designing a hybrid organic CMOS image sensor using blue, green and red organic photodiodes that have not been studied before, I expect the proposed organic CIS cell can be applied to the extremely high resolution CIS cell because it enable to expand the open aperture ratio up to 100 %.