2d halfgeleidersensor: gouden nanodeeltjes verhogen de optische signaalefficiëntie

De beeldvormingstechnologie van de volgende generatie breidt zich snel verder dan smartphones uit naar intelligente apparaten, robotica, Extended Reality (XR) -apparaten, gezondheidszorg, CCTV en verschillende andere industrieën. De kern van deze technologische vooruitgang zijn zeer efficiënte, ultracompacte beeldsensoren die lichtsignalen omzetten in elektrische signalen. Beeldsensoren leggen visuele informatie vast en verwerken van objecten en omgevingen, waardoor een nauwkeurige reconstructie van hun vorm, grootte en ruimtelijke positie mogelijk is.

Momenteel zijn commerciële beeldsensoren voornamelijk gebaseerd op silicium halfgeleiders. Onderzoek naar beeldsensoren van de volgende generatie met behulp van tweedimensionale (2D) halfgeleider nanomaterialen-potentiële vervangingen voor silicium is echter actief aan de gang. Deze nanomaterialen, samengesteld uit atomisch dunne lagen, slechts enkele nanometer dik, bieden uitzonderlijke optische eigenschappen en miniaturisatiepotentieel, waardoor ze zeer geschikt zijn voor krachtige beeldsensoren.

Het maximaliseren van hun prestaties vereist echter elektroden met lage weerstand in staat om optische signalen efficiënt te verwerken. Conventionele 2D-gebaseerde sensoren op basis van halfgeleiders staan ​​voor uitdagingen bij het bereiken van lage weerstandselektroden, wat resulteert in een slechte optische signaalverwerking efficiëntie, wat een belangrijk obstakel voor commercialisering is geweest.

Do Kyung Hwang (Post-Silicon Semiconductor Institute, KIST; Ku-Kist Graduate School, Kist School) en Dr. Min-Chul Park (post-Silicon Semiconductor Institute, KIST; Korea University en Yonsei University), samen met hun gezamenlijke onderzoeksteam bij KIST, hebben succesvol ontwikkeld met een 2D-inname van een 2D-en met een 2d. Op halfgeleider gebaseerde beeldsensor met een hoge optische signaalefficiëntie.

Het papier is gepubliceerd in het dagboek Natuurelektronica.

Door gouden nanodeeltjes in de elektrode op te nemen, verminderde het team zijn weerstand aanzienlijk, wat leidde tot een substantiële verbetering van de prestaties van de 2D halfgeleiderbeeldsensor. Bovendien hebben ze effectief betrekking op het probleem van Fermi -niveau pinning, een veel voorkomende uitdaging in conventionele elektrodenmaterialen, waardoor de optische signaalefficiëntie van de sensor verder wordt verbeterd.

In het bijzonder heeft het team deze technologie toegepast om met succes op integrale beeldvorming gebaseerde 3D-beeldvorming en brilvrije display-technologie te implementeren, geïnspireerd door de samengestelde oogstructuur van de Dragonfly. Met behulp van integrale beeldvormingstechnologie bereikten ze de acquisitie en reproductie van RGB full-colour 3D-afbeeldingen, waardoor de opname en reconstructie van 3D-objectvormen mogelijk werden.

In de toekomst wordt verwacht dat deze krachtige beeldsensoren op grote schaal worden gebruikt in verschillende geavanceerde industrieën, waaronder XR-apparaten, kunstmatige intelligentie (AI) en autonome rijsystemen.

“Door de technische beperkingen te overwinnen veroorzaakt door elektrodeproblemen in bestaande 2D-halfgeleiderapparaten, wordt dit onderzoek naar verwachting de industrialisatie van de volgende generatie beeldvormingssysteemtechnologieën aanzienlijk versneld, die voordelen bieden in lichtabsorptie en miniaturisatie,” zei Dr. Do Kyung Hwang.

Hij benadrukte verder de schaalbaarheid van het onderzoek en verklaarde: “Het ontwikkelde elektrodenmateriaal is gemakkelijk te fabriceren en schaalbaar voor grote gebieden, waardoor het op grote schaal toepasbaar is op verschillende opto-elektronische apparaten op basis van halfgeleiders.”

Dr. Min-Chul Park voegde eraan toe: “2D halfgeleider-gebaseerde opto-elektronische apparaten die de uitdaging overwinnen van Fermi-niveau pinning zal een aanzienlijke impact hebben op industrieën die in de toekomst ultracompacte, ultrahoge resolutie en hoogwaardige visuele sensoren eisen.”