潮科技 | 利用有機光電探測器實現隱形高解析度指紋傳感器

2020-11-30 36kr

編者按：本文來自微信公眾號「MEMS」（ID：MEMSensor），作者麥姆斯諮詢殷飛，原文題目《利用有機光電探測器實現隱形高解析度指紋傳感器》，36氪經授權發布，略有刪減。

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，當前智慧型手機製造商已經轉向全面屏發展，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域中嵌入薄膜指紋傳感器。

據麥姆斯諮詢報導，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、高解析度的指紋識別傳感技術，該研究結果發表在近期的《先進材料技術》（Advanced Materials Technologies）雜誌上。

雖然當前已開發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。霍爾斯特中心的研究人員給出的替代方案是使用基於 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（≫平方釐米級別）製造高性價比的光電探測器陣列。此外，該器件表現出高光敏度、快速的響應時間，並且光譜吸收可從紫外線擴展到近紅外光。

傳統的鍍膜技術，如旋轉塗布等，要製備大面積、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採用狹縫式塗布方法，開發出一種性價比高、可擴展的光電探測器陣列製備技術。研究人員展示了它在高解析度指紋傳感器上的應用，該探測器具有輕薄的外形，允許用戶通過觸控螢幕上的任意位置來安全地解鎖手機或打開特定的應用程式。

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


圖1 基於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）完整指紋傳感器晶片的照片；d）圖像傳感器晶片的局部像素陣列的顯微鏡圖像（6×3像素）/圖片來源：MEMS

這款新型傳感器的厚度不到0.2毫米，沒有龐大的稜鏡或活動部件，可以嵌入到手機和門把手等物體中，從而創建「隱形」但安全的門禁控制系統。該傳感器以508-ppi氧化物電晶體為背板和印刷有機光電二極體為前板，製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，如圖2所示，達到了 FBI（聯邦調查局）身份特徵識別標準。

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）經過偏移/增益/非功能像素校正後的指紋圖像。（c）靠近（b）圖的頂部，乳突紋線上的汗孔清晰可見/圖片來源：MEMS

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體材料，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。由於底層技術已在平板行業得到應用，為新款的柔性指紋傳感器製造開闢了快速通道，我們正與尋求產業合作夥伴向商業化邁進！」

延伸閱讀：

《MEMS產業現狀-2019版》

《指紋傳感器應用和技術-2017版》

《觸覺技術及市場-2019版》

《新興印刷技術及市場-2019版》


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