Ett nytt material har potential att förbättra känsligheten hos fotografiska bildsensorer med en faktor fem. Under 2011, ett EPFL-team under ledning av Andras Kis upptäckte molybdenits fantastiska halvledande egenskaper (MoS ₂ ), och de har sedan dess utforskat dess potential i olika tekniska tillämpningar. Denna lovande kandidat för byte av kisel har nu integrerats i en prototyp av en bildsensor. Denna sensor, beskrivs i en artikel som visas i Naturnanoteknik , har fem gånger ljuskänsligheten för nuvarande teknik.

Alla digitalkameror fungerar enligt samma princip:de omvandlar ljus till en elektrisk laddning. Kameran har en ljussensor, vars yta är ett halvledande material som är uppdelat i miljontals celler, eller pixlar. Det halvledande materialet på varje cell reagerar på det inkommande ljuset genom att generera en specifik elektrisk laddning, som sedan överförs till kamerans firmware för bearbetning. Effektiviteten av denna process beror på mängden ljus som behövs för att utlösa laddningsöverföringen.

Alltidspixelrekord

Syftet med EPFL -forskarna var att demonstrera molybdenitens potential i bildsensorer. Av denna anledning, deras sensor har bara en enda pixel. Men det behöver fem gånger mindre ljus för att utlösa en laddningsöverföring än de kiselbaserade sensorerna som för närvarande finns tillgängliga. "Vårt främsta mål är att bevisa att MoS ₂ är en idealisk kandidat för denna typ av ansökan, "förklarar Kis.

Denna känslighetsnivå skulle öppna det enorma området för svagt ljus eller nattfotografering, utan att använda sig av "brus" -genererande förstärkningstekniker, sänka slutartiden eller använda en blixt. För vissa specialiserade domäner där ljusförhållandena ofta inte är optimala, såsom astrofotografi eller biologisk avbildning, fördelen är ännu mer uppenbar. "Det skulle göra det möjligt att ta fotografier med bara stjärnljus, säger Kis.

Ett revolutionerande material

Molybdenites extraordinära egenskaper gör denna prestanda möjlig. Liksom kislet som används i för närvarande tillgängliga sensorer, molybdenit kräver en elektrisk ström, som kommer från batteriet. För att generera en pixel, laddningen som genereras av ljusenergin måste vara större än tröskelströmmen från batteriet.

Ett enda atomskikt av molybdenit kräver endast en mycket liten elektrisk laddning för att fungera. På grund av detta, det tar mycket mindre ljusenergi för att nå tröskeln som behövs för att generera en pixel. MoS2 är naturligt rikligt, billigt material. Dessutom, Kis förklarar, prototypen kräver inga andra halvledare, vilket bör förenkla tillverkningsprocesser. Kisar, som är en pionjär inom forskning om molybdenit halvledningsförmåga, nyligen visat sin potential i en integrerad krets och, i början av 2013, ett prototyp av flashminne. Med detta nya steg i bildbehandling, molybdenit visar sin utomordentliga potential inom ett annat viktigt tillämpningsområde.