900 像素成像傳感器：基于原子級(jí)薄材料

傳感器(英文名稱(chēng)：transducer/sensor)是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。

傳感器的特點(diǎn)包括：微型化、數(shù)字化、智能化、多功能化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化。它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。傳感器的存在和發(fā)展，讓物體有了觸覺(jué)、味覺(jué)和嗅覺(jué)等感官，讓物體慢慢變得活了起來(lái)。通常根據(jù)其基本感知功能分為熱敏元件、光敏元件、氣敏元件、力敏元件、磁敏元件、濕敏元件、聲敏元件、放射線敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大類(lèi)。

圖像傳感器是利用光電器件的光電轉(zhuǎn)換功能將感光面上的光像轉(zhuǎn)換為與光像成相應(yīng)比例關(guān)系的電信號(hào)。與光敏二極管，光敏三極管等“點(diǎn)”光源的光敏元件相比，圖像傳感器是將其受光面上的光像，分成許多小單元，將其轉(zhuǎn)換成可用的電信號(hào)的一種功能器件。圖像傳感器分為光導(dǎo)攝像管和固態(tài)圖像傳感器。與光導(dǎo)攝像管相比，固態(tài)圖像傳感器具有體積小、重量輕、集成度高、分辨率高、功耗低、壽命長(zhǎng)、價(jià)格低等特點(diǎn)。因此在各個(gè)行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。感光器件是工業(yè)攝像機(jī)最為核心的部件，圖像傳感器有CMOS和CCD兩種。CCD特有的工藝，具有低照度效果好、信噪比高、通透感強(qiáng)、色彩還原能力佳等優(yōu)點(diǎn)，在交通、醫(yī)療等高端領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用。由于其成像方面的優(yōu)勢(shì)，在很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)還會(huì)延續(xù)采用，但同時(shí)由于其成本高、功耗大也制約了其市場(chǎng)發(fā)展的空間。

成像傳感器是接收?qǐng)鼍拔矬w反射或發(fā)射的電磁波信號(hào)，轉(zhuǎn)化為圖像并記錄在某種介質(zhì)上的儀器。

賓夕法尼亞州立大學(xué)的一組研究人員使用原子級(jí)薄材料開(kāi)發(fā)了一種 900 像素的成像傳感器。在他們發(fā)表在《自然材料》雜志上的論文中，該小組描述了他們?nèi)绾螛?gòu)建新傳感器及其可能的用途。

對(duì)光做出反應(yīng)的傳感器在現(xiàn)代世界中變得非常普遍——例如，當(dāng)檢測(cè)到入侵者存在時(shí)，燈就會(huì)打開(kāi)。這種傳感器通常由像素網(wǎng)格組成，每個(gè)像素都對(duì)光有反應(yīng)。這種傳感器的性能基于響應(yīng)度的測(cè)量，以及它們檢測(cè)到的光的哪些部分。

大多數(shù)設(shè)計(jì)都帶有特定的噪聲信號(hào)限制。在這項(xiàng)新的努力中，研究人員指出，大多數(shù)此類(lèi)傳感器的效率也很低，使用的電量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)此類(lèi)設(shè)備應(yīng)有的電量。

為了制造更高效的傳感器，研究人員研究了用于制造目前使用的傳感器的材料——通常是硅互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體作為骨架。它是研究人員集中精力的支柱。為了制造更高效的傳感器，他們用二硫化鉬制成的骨架取代了傳統(tǒng)的骨架，這種材料與石墨烯一樣，可以生長(zhǎng)為一個(gè)原子厚的薄片。

在他們的工作中，他們通過(guò)氣相沉積將其生長(zhǎng)在藍(lán)寶石基底上。然后將成品從底座上提起，放在已經(jīng)經(jīng)過(guò)線蝕刻的二氧化硅底座上。然后他們通過(guò)在頂部蝕刻額外的布線來(lái)完成他們的產(chǎn)品。

他們的工作成果是一個(gè) 30x30 的網(wǎng)格，其中每個(gè)像素都是自己的設(shè)備——一個(gè)不僅能夠檢測(cè)光，而且還可以使用電極排空的設(shè)備，在感應(yīng)到某些東西后可以再次使用。

在評(píng)估傳感器的特性時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)它比現(xiàn)在使用的傳感器效率高得多，每個(gè)像素使用的電量不到皮焦耳。他們還發(fā)現(xiàn)重置非常容易。陣列上的一次電壓就達(dá)到了目的。另一方面，研究人員發(fā)現(xiàn)它對(duì)光的反應(yīng)比目前使用的傳感器慢得多。他們指出，這表明它可以用作通用光傳感器，但不能用作相機(jī)中的固定裝置。他們進(jìn)一步表示，它可以在各種物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中提供理想的傳感解決方案。

由此可見(jiàn)，傳感器技術(shù)在發(fā)展經(jīng)濟(jì)、推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步方面的重要作用，是十分明顯的。世界各國(guó)都十分重視這一領(lǐng)域的發(fā)展。相信不久的將來(lái)，傳感器技術(shù)將會(huì)出現(xiàn)一個(gè)飛躍，達(dá)到與其重要地位相稱(chēng)的新水平。