Открытие графена привело ученых к экспериментам с другими "двумерными" материалами, которые могут создавать структуры толщиной в один или несколько атомов. Обычно такие эксперименты невозможны, но бывают и исключения. Недавно ученые создали практичный датчик изображения с использованием "двумерного" полупроводника.
После открытия графена и его свойств ученые обнаружили множество других материалов, способных образовывать атомные тонкие пленки. Некоторые материалы, такие как графен, состоят из одного химического элемента, в то время как другие формируются из различных химических веществ и могут образовывать слои толщиной более одного атома. Большинство из этих новых материалов обладают уникальными свойствами. Графен хорошо проводит электричество, в то время как некоторые другие материалы являются полупроводниками. Его свойства также могут меняться в зависимости от того, как расположены слои атомов.
Обычно ученые исследуют потенциал нового материала в экспериментальных устройствах и прототипах, которые часто демонстрируют рекордные показатели скорости и миниатюрности, но не являются полностью функциональными устройствами. Однако недавно группа исследователей решила выйти за рамки простой демонстрации и создать 900-пиксельный датчик изображения, используя ультратонкие материалы.
Большинство датчиков изображения (устройств формирования изображения) в фото- и видеооборудовании сегодня состоят из стандартных кремниевых полупроводников, изготовленных по технологии CMOS. Но что произойдет, если кремний будет заменен другими полупроводниками? В данном случае они использовали очень тонкий материал под названием дисульфид молибдена, который широко используется в лабораторном оборудовании.
Сначала команда создала пленку из атомов дисульфида молибдена на сапфировой подложке методом испарения, создав новую матрицу. Затем он был удален с сапфирового камня и перенесен на поверхность диоксида кремния с помощью проволоки предварительного травления. Еще одна проволока вытравлена сверху. В результате получается итоговая сетка размером 30 x 30 пикселей, каждый пиксель представляет собой микроустройство, состоящее из электродов истока и стока, соединенных со слоем атомов дисульфида молибдена. Свет, падающий на решетку, создает заряд на каждом пикселе, что влияет на способность передачи тока между электродами истока и стока. Уровень освещенности можно определить по разнице в сопротивлении между пикселями, что дает информацию об изображении.
Этот новый тип датчиков требует очень мало энергии для работы; по нашим оценкам, он потребляет менее одного пикоджоуля энергии на пиксель. Также очень легко очистить матрицу заряда, приложив сильное напряжение между электродами источника и поглотителя. Другими важными преимуществами являются высокая потребляемая мощность и низкое энергопотребление.
Недостатки. Недостатком новой модели является скорость работы. Начальная реакция датчика на свет может быть зарегистрирована примерно за 100 наносекунд, но полная высококонтрастная экспозиция занимает одну секунду для каждого цвета. Например, для синего цвета требуется более двух секунд, а для красного - почти десять секунд для полной экспозиции. Поэтому пока не стоит задерживать дыхание для съемки видео на мобильных телефонах с новым сенсором. С другой стороны, далеко не факт, что эти новые устройства бесполезны. Существует множество задач и приложений, для которых светочувствительность и энергопотребление важнее скорости, например, датчики любого типа. Разработчики этих устройств имеют большой потенциал для применения в IoT.
