Відкриття графену спонукало вчених до експериментів з іншими «двовимірними» матеріалами, які здатні створювати структури завтовшки в один або всього кілька атомів. Зазвичай такі експерименти не закінчуються створенням працюючих пристроїв, але є й винятки – нещодавно вчені створили працюючий сенсор зображення на основі «двовимірного» напівпровідника.
Після відкриття графену і його властивостей, вчені відкрили чимало інших матеріалів, також здатних утворювати тонкі атомарні плівки. Деякі з цих матеріалів, як і графен, складаються з одного хімічного елемента, інші утворюються з різних хімічних речовин, здатних вибудовувати свою структуру у вигляді шару завтовшки в один або кілька атомів. Більшість із цих нових матеріалів мають унікальні властивості. У той час як графен – чудовий провідник електрики, низка інших матеріалів є напівпровідниками. Крім того, їхні властивості можна змінювати залежно від того, як розташовані шари атомів у структурі.
Зазвичай учені досліджують можливості цих нових матеріалів в експериментальних пристроях і прототипах, які часто демонструють рекордні показники за швидкодією або мініатюрністю, але при цьому не є повноцінно працюючими пристроями. Але днями одна група дослідників вирішила вийти за рамки простих демонстрацій і створила 900-піксельний сенсор зображення з використанням атомарно тонкого матеріалу.
Більшість сенсорів зображення (матриць) у сучасних фото- і відеопристроях складаються зі стандартних кремнієвих напівпровідників, виготовлених за КМОП-технологією. Але що станеться, якщо замінити кремній іншим напівпровідником? У цьому випадку дослідники використовували дисульфід молібдену, атомарно тонкий матеріал, який набув широкого застосування в експериментальних пристроях.
Створення нової матриці почали з вирощування атомарної плівки дисульфіду молібдену на сапфіровій підкладці методом осадження з парової фази. Потім її зняли з сапфіра і перенесли на попередньо підготовлену поверхню з діоксиду кремнію, на якій уже була витравлена проводка. Зверху нанесли ще одну проводку. Кінцевим результатом цього процесу стала сітка з 30 на 30 пікселів, де кожен піксель являє собою мікропристрій, що складається з джерела і стокового електрода, з’єднаних шаром атомів дисульфіду молібдену. Освітлення, що падає на сітку, створює заряд на кожному з пікселів, що впливає на здатність передавати струм між електродами джерела і стоку. Різниця в опорі між пікселями дає змогу визначити ступінь освітленості й отримати таким чином інформацію про зображення.
Новий тип матриці використовує дуже мало енергії для роботи. За оцінками дослідників, на один піксель витрачається менше одного пікоДжоуля. Також дуже простий процес очищення матриці від зарядів шляхом подачі сильної напруги між електродами джерела і стоку. Ще однією важливою перевагою є висока світлочутливість і низький рівень шуму.
Недоліки теж є. Слабким місцем нового пристрою є швидкість роботи. Хоча початкова реакція матриці на світло може бути зареєстрована всього за 100 наносекунд, повна, висококонтрастна експозиція вимагає секунди на кожен колір. Так, експозиція синього кольору займає понад дві секунди, а червоного – майже 10 секунд для повної експозиції. Тому не варто сподіватися, що за допомогою нової матриці вже зараз можна знімати відео на мобільний телефон. З іншого боку, це зовсім не означає, що новий пристрій марний. Існує безліч завдань і сфер застосування, де світлочутливість і енергоспоживання мають пріоритетніше значення перед швидкістю роботи – наприклад, всілякі датчики і сенсори. Розробники цього пристрою бачать хороші перспективи його застосування у сфері IoT.
Ви можете допомогти Україні боротися з російськими окупантами. Найкращий спосіб зробити це – пожертвувати кошти Збройним Силам України через Savelife або через офіційну сторінку НБУ.
Читайте також:
- Промо-ролик першого телефона з 200 Мп сенсором просочився у Мережу
- Shutterstock продаватиме зображення, зроблені штучним інтелектом