محققان موفق به ساخت دوربین با نیمه هادی‌های اتمی نازک شدند

تیمی از محققان در یک آزمایش هیجان‌انگیز موفق شده‌اند تا با استفاده از یک ماده اتمی بسیار نازک، یک سنسور دوربین 800 پیکسلی بسازند.

مواد زیادی وجود دارند که صفحات نازک اتمی را تشکیل می‌دهند، مانند گرافن. برخی از این صفحات از یک عنصر ساخته شده‌اند و برخی دیگر از مواد شیمیایی تشکیل می‌شوند که در آن پیوندهای اتمی به‌طور طبیعی ساختاری ورقه مانند ایجاد می‌کنند. بسیاری از این مواد دارای خواص متمایزی هستند. در حالی که گرافن یک رسانای عالی الکتریسیته است، مواد دیگر نیمه هادی هستند و این امکان وجود دارد که خواص آنها را براساس نحوه چیدمان لایه‌های یک سازه چند ورقی تنظیم کرد.

با توجه به تمام این قابلیت‌ها، محققان متوجه شده‌اند که می‌توان از این مواد، لوازم الکترونیکی مانند حافظه فلش و کوچک‌ترین ترانزیستورهایی که تاکنون ساخته شده را بسازند.

روش ساخت سنسور دوربین اتمی

اکثر سنسورهای دوربین فعلی از نیمه هادی‌های سیلیکونی استاندارد تشکیل شده‌اند که با استفاده از فرایندهای معمول نیمه هادی اکسید فلزی (CMOS) ساخته می‌شوند. اما می‌توان سیلیکون را با نیمه هادی دیگری جایگزین کرد و در این مورد، محققان از «مولیبدن دی‌سولفید» استفاده کرده‌اند؛ ماده اتمی نازکی که در دستگاه‌های آزمایشی کاربرد زیادی دارد.

برای استفاده از آن در یک دستگاه، محققان با استفاده از رسوب بخار، یک ورق تک‌لایه مولیبدن دی‌سولفید را روی یک بستر یاقوت کبود رشد دادند. سپس از روی یاقوت کبود برداشته شد و روی سطح دی‌اکسید سیلیسیم قرار گرفت که قبلاً مقداری سیم‌کشی در آن انجام شده بود. سپس سیم‌کشی‌های بیشتری روی آن قرار گرفت.

نتیجه نهایی این فرایند، شبکه‌ای 30 در 30 از دستگاه‌ها است که در آن هر دستگاه از یک منبع و الکترود تخلیه تشکیل شده که توسط ورقه‌ای از مولیبدن دی‌سولفید به یکدیگر متصل شده‌اند. هر یک از این دستگاه‌ها هنگام روشن شدن، بارهای سرگردان را جذب می‌کنند که این امر بر توانایی آنها در انتقال جریان بین منبع و الکترودهای تخلیه تأثیر می‌گذارد. این تفاوت در مقاومت، معیاری از میزان نوری که دستگاه در معرض آن قرار گرفته را مشخص می‌کند و در‌نهایت امکان بازسازی اطلاعات تصویر را فراهم می‌آورد.

در مقایسه این روش با یک سنسور سیلیکونی استاندارد، داستان کمی متفاوت است. سیستم جدید از برخی جهات بهتر بوده و از برخی دیگر معایبی را به همراه دارد. از جمله نکات مثبت آن می‌توان به نیاز بسیار کمتر به قدرت برای کار کردن دوربین اشاره کرد. محققان تخمین می‌زنند که این دستگاه در طول عملیات خود به کمتر از یک پیکو‌ژول در هر پیکسل نیاز دارد.

با این حال، عملکرد این دستگاه چندان سرعت زیادی به همراه ندارد و نوردهی کامل با کنتراست بالا برای هر رنگ ممکن است چندین ثانیه طول بکشد. بنابراین هنوز نمی‌توان انتظار داشت که از این روش برای گرفتن ویدیوهای سریع استفاده شود.