國外科學家利用有機光電探測器實現(xiàn)隱形高分辨率指紋傳感器

近年來，有機光電探測器（OPD）因在大面積光感測應用中前景廣闊而備受關注。例如，當前智能手機制造商已經(jīng)轉向全面屏發(fā)展，隨著物理Home鍵因全面屏而消失，通常放置在這一按鍵下的指紋傳感器也失去了空間。一種簡單的解決方案是在顯示區(qū)域中嵌入薄膜指紋傳感器。

據(jù)麥姆斯咨詢報道，荷蘭埃因霍溫霍爾斯特中心（Holst Centre）的Gerwin Gelinck教授及其研究團隊，推出了一種新型柔性、大面積、高分辨率的指紋識別傳感技術，該研究結果發(fā)表在近期的《先進材料技術》（Advanced Materials Technologies）雜志上。

雖然當前已開發(fā)出超聲波和熱感應指紋傳感器，但是它們都有一些缺點。超聲波指紋傳感器在大面積顯示應用中成本很高，而熱感應傳感器的成像時間很短?；魻査固刂行牡难芯咳藛T給出的替代方案是使用基于OPD的光學指紋傳感器，該解決方案允許以較低的處理溫度在塑料薄基板上大面積（?平方厘米級別）制造高性價比的光電探測器陣列。此外，該器件表現(xiàn)出高光敏度、快速的響應時間，并且光譜吸收可從紫外線擴展到近紅外光。

圖1 基于OPD的指紋傳感器。a）指紋傳感器的原理圖；b）指紋傳感器的電路圖；c）完整指紋傳感器芯片的照片；d）圖像傳感器芯片的局部像素陣列的顯微鏡圖像（6×3像素）。

傳統(tǒng)的鍍膜技術，如旋轉涂布等，要制備大面積、均勻的OPD薄膜很困難。研究人員對活性有機光電探測器材料采用狹縫式涂布方法，開發(fā)出一種性價比高、可擴展的光電探測器陣列制備技術。研究人員展示了它在高分辨率指紋傳感器上的應用，該探測器具有輕薄的外形，允許用戶通過觸摸屏上的任意位置來安全地解鎖手機或打開特定的應用程序。

該指紋傳感器主要由三個模塊構成，包括：背光光源、a-IGZO薄膜晶體管（TFT）背板和體異質(zhì)結（BHJ）OPD前板和薄膜保護阻擋層，如圖1所示。

圖2 新型指紋傳感器捕捉的指紋圖像。其中：（a）圖像傳感器獲得的指紋圖像。（b）經(jīng)過偏移/增益/非功能像素校正后的指紋圖像。（c）靠近（b）圖的頂部，乳突紋線上的汗孔清晰可見。

這款新型傳感器的厚度不到0.2毫米，沒有龐大的棱鏡或活動部件，可以嵌入到手機和門把手等物體中，從而創(chuàng)建“隱形”但安全的門禁控制系統(tǒng)。該傳感器以508-ppi氧化物晶體管為背板和印刷有機光電二極管為前板，制造工藝可以與平板顯示工藝兼容。傳感器通過檢測從皮膚表面反射回來的可見光來讀取指紋，可視化精細程度可以達到所謂的第3級，如單條乳突紋線上汗孔細節(jié)，如圖2所示，達到了FBI（聯(lián)邦調(diào)查局）身份特征識別標準。

該傳感器還能探測到在反射之前穿透皮膚的部分光線。這使得他們能夠通過手部毛細血管的變化來感知心跳，從而驗證指紋來自活生生的人。此外，通過使用不同的光電二極管材料，傳感器的探測功能可以擴展到其它波長，如近紅外。這種技術將使新的身份驗證模式成為可能，比如識別手部的靜脈圖像，據(jù)稱這比個體指紋的識別更加特定。

荷蘭埃因霍溫理工大學應用物理系教授、霍爾斯特中心首席技術官Gerwin Gelinck表示：“這款柔性指紋傳感器演示原型（Demo）展示了柔性有機光電探測器技術的多功能性和成熟度。由于底層技術已在平板行業(yè)得到應用，為新款的柔性指紋傳感器制造開辟了快速通道，我們正與尋求產(chǎn)業(yè)合作伙伴向商業(yè)化邁進！”