Исследователи построили функциональную камеру из атомарно тонких полупроводников

Увеличить / Каждый из серебряных квадратов включает небольшой лист атомарно тонкого материала. Дода и. Ал.

С момента выделения графена мы идентифицировали ряд материалов, которые образуют листы атомарной толщины. Как и графен, некоторые из этих листов состоят из одного элемента; другие образуются из химических веществ, где атомные связи естественным образом создают листовую структуру. Многие из этих материалов обладают особыми свойствами. Хотя графен является отличным проводником электричества, ряд других материалов являются полупроводниками. И можно точно настроить их свойства в зависимости от того, как вы расположите слои стопки из нескольких листов.

Учитывая все эти варианты, никого не должно удивлять, что исследователи обнаружили, как делать электронику из этих материалов, включая флэш-память и самые маленькие из когда-либо созданных транзисторов, согласно некоторым измерениям. Большинство из них, однако, являются демонстрацией способности создавать аппаратные средства — они не встроены в полезное устройство. Но группа исследователей только что продемонстрировала, что можно выйти за рамки простых демонстраций, создав датчик изображения с разрешением 900 пикселей из атомарно тонкого материала.

Фотографировать

Большинство датчиков изображения сегодня изготавливаются из стандартных кремниевых полупроводников, изготовленных с использованием обычных процессов комплементарных оксидов металлов и полупроводников (CMOS). Но можно заменить кремний другим полупроводником. В данном случае исследователи использовали дисульфид молибдена — материал атомарной толщины, который широко используется в экспериментальных устройствах.

Чтобы использовать его в устройстве, исследователи начали с выращивания однослойного листа дисульфида молибдена на сапфировой подложке с помощью осаждения из паровой фазы. Затем его подняли с сапфира и опустили на ранее изготовленную поверхность из диоксида кремния, на которой уже были протравлены провода. Затем сверху проложили дополнительную проводку.

Конечным результатом этого процесса стала сетка 30 на 30 устройств, где каждое устройство состоит из электрода истока и стока, соединенных листом дисульфида молибдена. При освещении каждое из этих устройств собирало блуждающие заряды, что могло повлиять на их способность проводить ток между электродами истока и стока. Эта разница в сопротивлении дает представление о том, сколько света подвергается воздействию устройства, что помогает восстановить информацию об изображении.

Хотя заряды, которые накапливаются после воздействия света, медленно исчезают сами по себе, большинство устройств активно снимают их, подавая высокое напряжение между электродами истока и стока.

> хорошо и плохо

По сравнению со стандартным кремниевым датчиком это несколько неоднозначная история: в чем-то лучше, в чем-то заметно хуже. С другой стороны, для работы устройств требуется очень мало энергии; по оценкам исследователей, во время операций требуется менее одного пикоДжоуля на пиксель. Сброс устройства по-прежнему представляет собой простой процесс приложения большой разности потенциалов к листу дисульфида молибдена.

Исследователи обнаружили, что приложение гораздо более низкого напряжения к выводам дисульфида молибдена может сделать его чувствительным к свету. Это позволяет легко регулировать чувствительность датчиков изображения к сигналу шума во время работы. Обычно для этого требуется значительное количество внешних схем на кремниевом оборудовании для обработки изображений с соответствующим увеличением сложности производства и энергопотребления во время обработки изображений. Таким образом, это устройство предлагает некоторые преимущества.

Чего он не предлагает, так это скорости. В то время как начальная световая реакция может быть записана всего за 100 наносекунд, полная высококонтрастная экспозиция занимает несколько секунд на каждый цвет. Таким образом, синяя экспозиция занимает более двух секунд, а красному каналу требуется почти 10 секунд для полной экспозиции. Так что не рассчитывайте использовать его для съемки быстрых видеороликов на свой мобильный телефон.

Конечно, это не значит, что это бесполезно; он просто ограничивает то, для чего он полезен. Есть много приложений, где мощность является большим ограничением, чем время, например, датчики окружающей среды и тому подобное (люди, которые разработали это, в восторге от...