Fotodetector sensible a la posición, procedimiento de obtención del mismo y procedimiento de medida de la respuesta del fotodetector.

El fotodetector comprende una capa activa continua en la que al incidir luz genera una señal proporcional a la posición en la que incide dicha luz; se caracteriza porque la capa activa comprende un primer (1) y un segundo semiconductor orgánico (2) distribuidos según un gradiente longitudinal correspondiente a un gradiente de concentración relativa, un gradiente de estructura o ambos.

La invención también se refiere al procedimiento de obtención del fotodetector y al procedimiento de medida de la respuesta del fotodetector.

Permite obtener un sensor continuo de mayores dimensiones que los previstos en el estado de la técnica, aumentando su radio de acción sin alterar su sensibilidad.

FOTODETECTOR SENSIBLE A LA POSICIÓN, PROCEDIMIENTO DE OBTENCIÓN DEL MISMO Y PROCEDIMIENTO DE MEDIDA DE LA RESPUESTA DEL FOTODETECTOR OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente invención, tal y como se expresa en el enunciado de esta memoria descriptiva, se refiere a un fotodetector sensible a la posición que detecta de forma continua la posición en la que un haz de luz incide sobre la superficie del sensor, y que tiene por objeto proporcionar una configuración que permite la fabricación de fotodetectores de mayor tamaño que permiten ampliar su radio de acción.

La estructura del fotodetector, se obtiene mediante un procedimiento de gran simplicidad que constituye otro 15 objeto de la invención.

También es obj eto de la invención el proporcionar un procedimiento de medida de la respuesta del fotodetector, midiendo la corriente extraída del sensor cuando la intensidad de la luz es conocida y constante en el tiempo, o midiendo de forma separada la fotocorriente correspondiente a dos longitudes de onda estableciendo el cociente de corriente de las dos longitudes de onda aplicadas alternativamente sobre el sensor.

La invención es aplicable en cualquier sector de la 25 industria en el que se requiera realizar la detección de una posición; entre los que cabe citar:

Sector de la seguridad, como es el caso de los detectores de humo, detectores de movimiento para 30 detectar intrusos, escáner de oj os, detección electrónica de huellas dactilares, etc.

Sector de las telecomunicaciones, como por ej emplo es detectar la alineación automática y de posición para láseres o alineación de fibras ópticas.

Sector de la información y computación, como por ejemplo es el caso para realizar el centrado de papel en fotocopiadoras, faxes y escáner, pantallas táctiles, sistemas avanzados de control remotos, interfaz a distancia entre humanos y ordenadores, mandos de jugadores para consolas de videoj uegos y ordenadores, etc.

Sector de la automoción, como por ejemplo es el caso de sistemas de piloto automático y asistencia a la conducción entre los que puede citarse asistencia a las distancias entre el coche y objetos u obstáculos en la trayectoria.

Sector fotográfico y vídeo, como por ej emplo puede ser la resolución sub-píxel mediante estructuración de cada píxel.

Sector médico, entre las que puede citarse su empleo como detector avanzado para tomografía óptica, rayos X, etc.

Sector de la construcción entre los que puede 25 citarse altímetros, medidores ópticos de nivel, etc.

Sector de almacenamiento, como por ejemplo puede ser el caso de lectores de códigos de barra, detectores de etiquetas electrónicas (tags) , etc.

Sector de la medida de distancias en aplicaciones donde se debe evitar el contacto físico con el obj eto, la detección remota del desplazamiento de objetos en cadenas de producción y almacenaje, 35 alineamiento de máquinas y herramientas en procesos industriales, como por ejemplo el alineamiento de un haz láser en una fibra óptica, etc.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Los detectores de luz, también conocidos como fotodetectores o detectores fotoeléctricos, son dispositivos que transforman una señal luminosa en una señal eléctrica que puede ser procesada electrónicamente. La respuesta de un fotodetector consiste en una intensidad de corriente a un voltaje que son proporcionales a la cantidad de luz incidente (intensidad lumínica multiplicada por el tiempo de exposición) . La invención se refiere a una clase concreta de fotodetectores llamados sensibles a la posición, que permiten medir la intensidad de la luz que incide en el fotodetector y además identifica el lugar específico de la superficie del fotodetector donde la luz ha incidido. Los fotodetectores sensibles a la posición se clasifican en dos tipos; un primer tipo conocidos como discretos, que son aquellos que poseen una superficie activa estructurada dividida en pequeños píxeles que a través de la respuesta eléctrica de cada uno de ellos se obtiene la distribución espacial de corriente y de esta forma es posible extrapolar la posición de incidencia de la luz en la superficie del sensor. Las dimensiones de los píxeles limitan la resolución del sensor y además el sistema de lectura de éstos requiere circuitos de cierta complejidad para el procesado de la señal.

El segundo tipo de fotodetector sensible a la posición, lo constituye el conocido como continuo, también 30 llamado de efecto lateral, que se utilizan en aplicaciones donde es necesario revelar con precisión el movimiento de un obj eto de forma continua y en grandes desplazamientos, ya que esta funcionalidad no puede ser realizada por los discretos al necesitar píxeles de pequeñas dimensiones formando un gran número de matrices. En este caso, tal y como se muestra en la figura 1, se basa en dos capas semiconductoras p-n donde una de las dos es mucho más conductiva que la otra. La capa resistiva (en este caso la capa p) , contacta con dos electrodos metálicos separados una cierta distancia, de forma que cuando la 5 unión p-n se ilumina por un haz de luz, la luz absorbida en las capas p y n da lugar a portadores de carga: electrones y huecos. Los portadores en la capa de mayor conductividad (en este caso la capa n) se distribuyen rápidamente a lo largo del paralelo a la unión p-n, mientras que en la capa 10 de menor conductividad (en este caso la capa p) se genera una densidad local no uniforme de portadores. Estas distribuciones de carga tan desiguales determinan una diferencia de potencial en la dirección longitudinal paralela a la unión si el dispositivo opera en régimen fotovoltaico, o una corriente de desplazamiento lateral si el dispositivo se opera en régimen de fotodiodo entre los dos electrodos.

La magnitud de tensión y corrientes longitudinales depende de la zona de iluminación en el plano, lo cual 20 permite detectar la posición de la luz de forma continua en toda la longitud del fotodetector. Este tipo de sensores presenta problemas para la detección de grandes desplazamientos debido a que la conducción longitudinal se realiza a través de un medio de conductividad finita, esto 25 es, disipa corriente a medida que ésta lo atraviesa, con lo cual la longitud máxima del detector está limitada por la carga que se va perdiendo por el camino y la sensibilidad del fotodetector. En aplicaciones estándar se producen fotodetectores de dimensiones por debajo de 10 cm., y en aplicaciones que exijan controlo medida de desplazamientos en rangos por encima se requiere eliminar esta limitación, hasta ahora no logrado.

Este tipo de sensores se fabrican mediante semiconductores que se basan en capas activas de silicio, 35 que les confiere una amplia respuesta espectral con un máximo de detección en la región del infrarroj o cercano.

Este tipo de tecnología es relativamente costosa en gran parte debido a que los medios de fabricación de la capa activa requieren un alto grado de control en la deposición de la capa y un gasto energético considerable por unidad de área de la capa.

Por otro lado, en los últimos años se han desarrollado semiconductores procesables a partir de disolución que han alcanzado un gran interés dado que las técnicas de deposición son relativamente sencillas y compatibles con la fabricación a gran escala, manteniendo bajos costes de producción. En este caso se utilizan semiconductores orgánicos que emplean moléculas y polímeros conjugados o nanoestructuras de semiconductores derivadas del carbono con hibridación de tipo sp2 como nanotubos o fulerenos, así como nanocristales coloidales inorgánicos.

Diferentes estudios han desvelado el gran potencial de los semiconductores orgánicos como fotodetectores convencionales, tanto si la capa activa está basada en pequeñas moléculas como si está basada en polímeros depositados desde disolución. Además de ser fácilmente procesables, los semiconductores orgánicos poseen numerosos aspectos atractivos característicos de los materiales plásticos: bajo coste, flexibilidad y ligereza. Los dispositivos basados en estos materiales satisfacen todas las especificaciones requeridas para aplicaciones prácticas, lo que incluye alta eficiencia, amplio rango dinámico y tiempos de vida media largos. De hecho, recientemente se han demostrado fotodetectores de posición basados en materiales orgánicos, tanto en la estructura convencional de efecto lateral, como en una geometría parecida donde la capa resistiva no es el material orgánico si no uno de...

1. FOTODETECTOR SENSIBLE A LA POSICIÓN, que comprende una capa activa continua en la que al incidir luz genera una señal proporcional a la posición en la que incide dicha luz; caracterizado por que la capa activa comprende un primer ( 1 ) y un segundo semiconductor orgánico (2 ) distribuidos según una configuración que determina un gradiente longitudinal en la capa activa, seleccionado entre un gradiente de concentración relativa entre el primer (1) y el segundo semiconductor orgánico (2) , un gradiente de estructura y combinación de los anteriores; estando el primer (1) Y el segundo semiconductor orgánico (2) dispuestos entre dos electrodos (10 y 15) para medir la respuesta en la dirección transversal de la capa activa, al 15 incidir luz en ella y detectar la posición longitudinal en la que ésta incide.

2. FOTODETECTOR SENSIBLE A LA POSICIÓN, según reivindicación 1, caracterizado por que el gradiente de estructura es un gradiente de espesor de la capa activa.

2.

3. FOTODETECTOR SENSIBLE A LA POSICIÓN, según reivindicación 2, caracterizado por que el gradiente de espesor de la capa activa comprende una primera capa (3) de un primer semiconductor orgánico (1) donor de electrones de espesor progresivamente variable; y una segunda capa (4) de un segundo semiconductor orgánico (2 ) aceptor de electrones, de espesor progresivamente variable en sentido inverso y complementario al de la primera capa (3) .

4. FOTODETECTOR SENSIBLE A LA POSICIÓN, según reivindicación 3, caracterizado por que la primera (3) y segunda capa (4) de espesor progresivamente variable de un primer (1) y un segundo semiconductor (2) respectivamente presentan una configuración en cuña complementarias.

5. FOTODETECTOR SENSIBLE A LA POSICIÓN, según reivindicación 1, caracterizado por que el gradiente de 35 concentración relativa de la capa activa comprende una mezcla de un primer (1) y un segundo semiconductor de materiales orgánicos (2) , uno donor de electrones y otro aceptor de electrones que se distribuyen de forma que su concentración varía progresivamente a lo largo de la longitud de la capa activa.

6. FOTODETECTOR SENSIBLE A LA POSICIÓN, según reivindicación 1, caracterizado por que el gradiente de estructura está determinado por el grado de cristalinidad de los semiconductores orgánicos en función de la posición longitudinal en la capa activa.

7. FOTODETECTOR SENSIBLE A LA POSICIÓN, según reivindicación 1, caracterizado por que la capa activa con los electrodos está dispuesta sobre un substrato (11) seleccionado entre un substrato rígido y un substrato flexible para conformar en este último caso un sensor táctil.

8. FOTODETECTOR SENSIBLE A LA POSICIÓN, según reivindicación 1, caracterizado por que los electrodos comprenden un ánodo transparente de óxido metálico de indio 2 O zinc depositado sobre un substrato semitransparente y un cátodo (15) de aluminio, entre los que la capa activa queda emparedada.

9. FOTODETECTOR SENSIBLE A LA POSICIÓN, según reivindicación 1, caracterizado por que la capa activa 25 tiene un espesor de 100 nm.

10. PROCEDIMIENTO DE OBTENCIÓN DE UN FOTODETECTOR SENSIBLE A LA POSICIÓN, según reivindicación 4, caracterizado por que la configuración en cuña de la primera (3 ) y segunda capa (4 ) del semiconductor se obtienen por evaporación térmica del material orgánico, en cuya evaporación se interpone una pantalla (9) desplazable gradualmente para formar la configuración en cuña.

11. PROCEDIMIENTO DE OBTENCIÓN DE UN FOTODETECTOR SENSIBLE A LA POSICIÓN, según la reivindicación 1, 35 caracterizado por que la capa activa cuya estructura varía progresivamente se obtiene por un proceso de deposición desde disolución al que se le aplica un ulterior tratamiento seleccionado entre un tratamiento de calentamiento realizado mediante una regulación de 5 temperatura según un gradiente lateral controlado entre los extremos del fotodetector; una regulación de la disposición de la capa activa a vapor de un disolvente, mediante un tratamiento en el que varía gradualmente el tiempo de tratamiento posterior de la capa depositada; y una combinación de los anteriores.

12. -PROCEDIMIENTO DE MEDIDA DE LA RESPUESTA DE UN FOTODETECTOR SENSIBLE A LA POSICIÓN, según reivindicación 1, caracterizado por que la medida de la respuesta en la dirección transversal de la capa activa, comprende realizar 15 una medida seleccionada entre medir la corriente extraída a través de los electrodos, cuando la intensidad de la luz es conocida y constante en el tiempo; y medir de forma separada la fotocorriente correspondiente a dos longitudes de onda (1."1 y ""2) Y establecer el cociente de corriente de 20 las dos longitudes de onda aplicadas alternativamente sobre la capa activa.