محققان مؤسسه‌ی علم و فناوری کره با توسعه‌ی یک ماده الکترودی نوآورانه، بهره‌وری حسگرهای تصویربرداری مبتنی بر نیمه‌رسانای دوبعدی را به طور قابل‌توجهی افزایش دادند.
پیشرفت در حسگرهای تصویربرداری نسل بعدی با استفاده از نانومواد نیمه‌رسانای دوبعدی
فناوری تصویربرداری نسل بعدی با سرعتی بی‌سابقه در حال گسترش به حوزه‌های مختلفی از جمله رباتیک، دستگاه‌های هوشمند، واقعیت گسترده (XR)، مراقبت‌های بهداشتی، دوربین‌های مدار بسته و سایر صنایع پیشرفته است. در هسته‌ی این پیشرفت‌ها، حسگرهای تصویری بسیار کارآمد و فوق‌العاده کوچک قرار دارند که سیگنال‌های نوری را به سیگنال‌های الکتریکی تبدیل می‌کنند.
امروزه، بیشتر حسگرهای تصویربرداری تجاری بر پایه‌ی نیمه‌رساناهای سیلیکونی ساخته می‌شوند. اما تحقیقات گسترده‌ای برای توسعه‌ی حسگرهای تصویری مبتنی بر نانومواد نیمه‌رسانای دوبعدی (۲D) به عنوان جایگزین‌های احتمالی سیلیکون در حال انجام است. این نانومواد که لایه‌هایی به ضخامت تنها چند نانومتر دارند، ویژگی‌های نوری منحصربه‌فرد و قابلیت کوچک‌سازی استثنایی را ارائه می‌دهند و آن‌ها را به گزینه‌ای مناسب برای حسگرهای تصویری با عملکرد بالا تبدیل کرده است.
با این حال، چالش بزرگ در این حسگرها، دستیابی به الکترودهایی با مقاومت کم است که بتوانند سیگنال‌های نوری را با بهره‌وری بالا پردازش کنند. الکترودهای موجود در حسگرهای دوبعدی سنتی دارای مقاومت بالا و راندمان پایین در پردازش سیگنال‌های نوری هستند که این موضوع، یک مانع مهم در مسیر تجاری‌سازی این فناوری محسوب می‌شود.
یک تیم تحقیقاتی به سرپرستی دکتر دو کیونگ هوانگ و دکتر مین-چول پارک از مؤسسه‌ی علم و فناوری کره (KIST)، موفق به توسعه‌ی یک ماده‌ی الکترودی نوآورانه به نام “تماس لایه‌ی میانی پل هدایتی” (CBIC) شدند. این ماده‌ی الکترودی باعث افزایش قابل‌توجه کارایی حسگرهای تصویری مبتنی بر نیمه‌رسانای دوبعدی شده است.
ویژگی کلیدی این نوآوری، استفاده از نانوذرات طلا درون الکترود است که مقاومت آن را به طور چشمگیری کاهش می‌دهد و در نتیجه، عملکرد حسگر تصویری دوبعدی را به میزان قابل‌توجهی بهبود می‌بخشد.
حل مشکل Fermi Level Pinning: این فناوری همچنین یکی از چالش‌های بزرگ الکترودهای سنتی، یعنی پین‌شدن سطح فرمی (Fermi level pinning) را برطرف کرده و باعث افزایش بازده پردازش سیگنال‌های نوری شده است.
این تیم تحقیقاتی، از این فناوری برای توسعه‌ی تصویربرداری سه‌بعدی مبتنی بر تصویربرداری انتگرالی (Integral Imaging) و نمایشگرهای بدون نیاز به عینک الهام گرفته از چشم مرکب سنجاقک استفاده کرده است.
با استفاده از فناوری تصویربرداری انتگرالی، این محققان توانستند تصاویر سه‌بعدی رنگی RGB را ثبت و بازسازی کنند. این موفقیت نشان می‌دهد که حسگرهای تصویری مبتنی بر نیمه‌رسانای دوبعدی می‌توانند در ضبط و بازآفرینی اشکال سه‌بعدی اشیا کاربرد گسترده‌ای داشته باشند.
این حسگرهای تصویری پیشرفته، پتانسیل گسترده‌ای برای کاربرد در صنایع پیشرفته‌ای مانند دستگاه‌های XR، هوش مصنوعی (AI)، و سیستم‌های خودران دارند.
دکتر دو کیونگ هوانگ در خصوص این پیشرفت گفت: «با رفع محدودیت‌های فنی ناشی از الکترودها در دستگاه‌های نیمه‌رسانای دوبعدی، این تحقیق می‌تواند فرآیند صنعتی‌سازی فناوری‌های تصویربرداری نسل بعدی را که دارای مزایای جذب نور بالا و کوچک‌سازی هستند، به طور قابل توجهی تسریع کند.»
دکتر مین-چول پارک نیز تأکید کرد: «دستگاه‌های اپتوالکترونیکی مبتنی بر نیمه‌رسانای دوبعدی که مشکل سطح فرمی را برطرف کرده‌اند، تأثیر بسزایی در صنایعی خواهند داشت که به حسگرهای تصویری بسیار کوچک، با وضوح فوق‌العاده بالا و عملکرد پیشرفته نیاز دارند.»
