Изследователите изграждат работеща камера от атомно тънък полупроводник

Увеличавам / Всеки от сребърните квадрати съдържа малък лист атомно тънък материал.

След изолирането на графена ние идентифицирахме редица материали, които образуват атомно тънки листове. Подобно на графена, някои от тези листове са направени от един елемент; Други се образуват от химикали, където атомните връзки естествено създават подобна на плоча структура. Много от тези материали имат различни свойства. Докато графенът е отличен проводник на електричество, редица други полупроводници са. Техните свойства могат да бъдат допълнително настроени въз основа на това как са подредени слоевете на многолистов стек.

Имайки предвид всички тези опции, не би трябвало да изненадва никого, че изследователите са измислили как да направят електроника от тези материали, включително флаш памет И на Най-малките транзистори някога, по някои мерки. Повечето от тях обаче са демонстрации на хардуерни възможности – те не са вградени в полезно устройство. Но екип от изследователи сега демонстрира, че е възможно да се отиде отвъд простите дисплеи чрез изграждане на 900-пикселов сензор за изображения, използвайки атомно тънък материал.

правене на снимки

Повечето сензори за изображения понастоящем се състоят от стандартни силициеви полупроводници, които се произвеждат с помощта на обичайните комплементарни металооксидни полупроводникови процеси (CMOS). Но е възможно да се замени силиций с други полупроводници. В този случай изследователите са използвали молибденов дисулфид, атомно тънък материал, който е бил използван много в експериментални устройства.

За да използват това в устройство, изследователите започнаха с отглеждане на един слой молибденов дисулфид върху сапфирен субстрат, използвайки отлагане на пари. След това беше повдигнат от сапфира и спуснат върху предварително направена повърхност от силициев диоксид, в която вече имаше гравирани жици. След това отгоре бяха поставени още жици.

Крайният резултат от този процес беше 30 на 30 решетка от устройства, където всяко устройство се състоеше от източник и дренажен електрод, свързани със слой от молибденов дисулфид. Когато е осветено, всяко от тези устройства улавя разсеяни заряди, което може да повлияе на способността им да провеждат ток между електродите на източника и дренажа. Тази разлика в съпротивлението осигурява мярка за количеството светлина, на което устройството е било изложено, което позволява да се реконструира информацията за изображението.

Докато зарядите, които се натрупват след излагане на светлина, бавно ще изчезнат сами, повечето устройства ги премахват активно чрез прилагане на силен електрически потенциал между електродите на източника и дренажа.

Добри и лоши

Сравнявайки това със стандартен силициев сензор, това е малко смесена история: по-добър в някои отношения, по-лош в някои отношения, особено. От добра страна, устройствата изискват забележително малко енергия за работа; Изследователите изчисляват, че отнема по-малко от пикоджаул на пиксел по време на операции. Нулирането на устройството остава прост процес на прилагане на голямо напрежение върху плоча от молибденов дисулфид.

Изследователите открили, че прилагането на много по-малко напрежение върху молибденовия дисулфид може да го чувстви към светлина. Това позволява лесна настройка на чувствителността сигнал/шум на сензорите за изображения по време на възпроизвеждане. Обикновено това изисква значително количество външни вериги на устройства за изображения, базирани на силиций, със съответното увеличение на сложността на изработката и потреблението на енергия по време на изображения. Следователно това устройство предлага няколко предимства.

Това, което не предлага, е скорост. Докато първоначалната светлинна реакция може да бъде записана само за 100 наносекунди, пълното експониране с висок контраст отнема секунди – за цвят. Следователно синята експозиция отнема повече от 2 секунди, а червеният канал се нуждае от близо 10 секунди за пълна експозиция. Така че не очаквайте да използвате това, за да получите някои бързи видеоклипове на мобилния си телефон.

Разбира се, това не означава, че е безполезен; Ограничава само това, което е полезно за него. Има много приложения, при които енергията е по-важно ограничение от времето, като сензори за околната среда и други подобни (хората, които са ги разработили, са запалени по IoT приложенията). Но по-голямата история тук може да е, че изследователите са построили доста голямо и сложно устройство, базирано на атомно тънък материал.

природни материали2022. DOI: 10.1038 / s41563-022-01398-9 (Относно DOI).