En ultrafølsom molybdæn-baseret billedsensor

Et nyt materiale har potentialet til at forbedre følsomheden af ​​fotografiske billedsensorer med en faktor på fem. I 2011 et EPFL-hold ledet af Andras Kis opdagede de fantastiske halvledende egenskaber ved molybdenit (MoS ₂ ), og de har udforsket dets potentiale inden for forskellige teknologiske anvendelser lige siden. Denne lovende kandidat til at erstatte silicium er nu blevet integreret i en prototype af en billedsensor. Denne sensor, beskrevet i en artikel, der vises i Natur nanoteknologi , har fem gange så meget lysfølsomhed som den nuværende teknologi.

Alle digitale kameraer arbejder efter samme princip:de omdanner lys til en elektrisk ladning. Kameraet har en lyssensor, hvis overflade er et halvledende materiale, der er opdelt i millioner af celler, eller pixels. Det halvledende materiale på hver celle reagerer på det indkommende lys ved at generere en specifik elektrisk ladning, som derefter overføres til kameraets firmware til behandling. Effektiviteten af ​​denne proces afhænger af mængden af ​​lys, der er nødvendig for at udløse ladningsoverførslen.

Alle tiders pixelrekord

Formålet med EPFL-forskerne var at demonstrere molybdenits potentiale i billedsensorer. Af denne grund, deres sensor har kun en enkelt pixel. Men den skal bruge fem gange mindre lys for at udløse en ladningsoverførsel end de siliciumbaserede sensorer, der er tilgængelige i øjeblikket. "Vores hovedmål er at bevise, at MoS ₂ er en ideel kandidat til denne form for ansøgning, " forklarer Kis.

Dette niveau af følsomhed ville åbne op for det enorme område med lavt lys eller natfotografering, uden at ty til "støj"-genererende forstærkningsteknikker, sænke lukkerhastigheden eller bruge blitz. For nogle specialiserede domæner, hvor lysforholdene ofte ikke er optimale, såsom astrofotografering eller biologisk billeddannelse, fordelen er endnu mere indlysende. "Det ville gøre det muligt at tage billeder med kun stjernelys, " siger Kis.

Et revolutionerende materiale

Molybdenits ekstraordinære egenskaber gør denne ydeevne mulig. Ligesom silicium, der bruges i aktuelt tilgængelige sensorer, molybdenit kræver en elektrisk strøm, som kommer fra batteriet. For at generere en pixel, ladningen genereret af lysenergien skal være større end tærskelstrømmen fra batteriet.

Et enkeltatomslag af molybdenit kræver kun en meget lille elektrisk ladning for at fungere. På grund af dette, det kræver meget mindre lysenergi at nå den nødvendige tærskel for at generere en pixel. MoS2 er et naturligt rigeligt, billigt materiale. Ud over, Kis forklarer, prototypen kræver ikke andre halvledere, hvilket skulle forenkle fremstillingsprocessen i høj grad. Kys, der er en pioner inden for forskning i molybdenits semi-ledningsevne, for nylig demonstreret sit potentiale i et integreret kredsløb og, i begyndelsen af ​​2013, en flashhukommelsesprototype. Med dette nye skridt i billedbehandling, molybdenit viser sit ekstraordinære potentiale i et andet vigtigt anvendelsesområde.