微米和纳米科技材料

低维纳米半导体材料将推动3000亿像素数字图像传感器商业化进程

韩国科学技术研究院光电材料研究小组将钨硒二维纳米膜与一维氧化锌纳米线双重结合,研发出能感知从紫外线到近红外线的下一代光二极管元件。

低维纳米半导体材料将推动3000亿像素数字图像传感器商业化进程

光二极管元件是影响手机摄像头、数码相机像素的重要部分,在摄像头中使用的图像传感器可通过光二极管元件感知光线后转换成电子信号,然后通过芯片对信号进行处理。

低维纳米半导体材料将推动3000亿像素数字图像传感器商业化进程

钨硒二维纳米膜属于硫属元素的一种,是可以在柔软显示屏、传感器、柔软电子元件使用的二维压层结晶纳米P型半导体材料,具有持久耐用、准确性高的特点。而一维氧化锌(ZnO)纳米线,是一种可应用于高性能电子芯片的N型半导体材料,具有极佳的电子移动特性。研究小组运用化学气象沉积方法将合成的一维氧化锌纳米线与二维纳米膜混合形成(PN)型光二极管元件,将其运用到图像传感器像素中,这种低维纳米半导体材料正是未来半导体材料的主要发展方向。

低维纳米半导体材料将推动3000亿像素数字图像传感器商业化进程

自数字图像传感器发明以来,研究者们想尽一切方法来减小像素尺寸,以提高数字图像传感器的分辨率。目前, 数字图像传感器CCD和CMOS的最小像素尺寸分别为1.43微米和1.12微米。受半导体薄膜材料物理性质与数字图像传感器传统结构的限制,这样的像素尺寸已接近物理极限,若继续缩小尺寸,像素将失去感光功能。

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若想在数字图像传感器分辨率上再做突破,必须要从传感器材料和结构两方面进行彻底的革新,而不仅仅只对原器件构架和材料的改进。纳米半导体光电材料和三维器件结构,则实现了光强传感和放大双重功能,进一步缩小了像素平面面积,极大降低了传感器噪音。

低维纳米半导体材料将推动3000亿像素数字图像传感器商业化进程

近几年,美国阿拉巴马大学华人教授宋金会领导的科研小组,已研制出像素尺寸仅为50纳米的新型图像传感器,如果按当前流行的全幅相机传感器尺寸为标准,以以上方式构架的新型传感器将拥有3000多亿像素。

新的光二极管元件,将进一步推动以纳米半导体像素为基础的下一代图像传感器元件的商业化进程。

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