Sensore ad alte prestazioni basato su semiconduttori bidimensionali

Gli scienziati del Korea Institute of Science and Technology hanno realizzato un sensore che potrà svolgere un ruolo chiave nella commercializzazione della tecnologia dei sensori di imaging ultracompatti e ad alta efficienza di prossima generazione. 

I ricercatori del Korea Institute of Science and Technology hanno sviluppato un innovativo materiale per elettrodi chiamato Conductive-Bridge Interlayer Contact (CBIC) per realizzare un sensore di immagini basato su semiconduttori 2D con elevata efficienza del segnale ottico. Incorporando nanoparticelle d’oro all’interno dell’elettrodo, il team di ricerca coreano ha ridotto significativamente la sua resistenza, portando a un sostanziale miglioramento delle prestazioni del sensore di immagini a semiconduttori 2D. Inoltre, gli scienziati hanno affrontato efficacemente il problema del Fermi level pinning, una sfida comune nei materiali per elettrodi convenzionali, migliorando ulteriormente l’efficienza del segnale ottico del sensore. Il Fermi level pinning si riferisce a una situazione in cui la flessione della banda in un semiconduttore a contatto con un metallo è sostanzialmente indipendente dal metallo, anche in caso di grandi variazioni nella funzione di lavoro del metallo.

La tecnologia di imaging di nuova generazione è sempre più esigente e richiede sensori di immagini ultracompatti e altamente efficienti che convertono i segnali luminosi in segnali elettrici. I sensori di immagini catturano ed elaborano informazioni visive da oggetti e ambienti, consentendo una ricostruzione precisa della loro forma, dimensione e posizione spaziale.

Attualmente la ricerca è diretta a sensori di immagini di nuova generazione che utilizzano nanomateriali semiconduttori bidimensionali (2D), potenziali sostituti del silicio, il materiale usato finora. Questi nanomateriali, composti da strati atomicamente sottili di soli pochi nanometri di spessore, offrono eccezionali proprietà ottiche e potenziale di miniaturizzazione, che li rendono altamente adatti per sensori di immagini ad alte prestazioni. Però, per massimizzare le loro prestazioni sono necessari elettrodi a bassa resistenza in grado di elaborare in modo efficiente i segnali ottici.

Tecnologia ispirata all’occhio della libellula

In particolare, il team del Korea Institute of Science and Technology ha implementato con successo l’imaging tridimensionale (3D) basato sull’imaging integrale e la tecnologia di visualizzazione senza occhiali, ispirata alla struttura dell’occhio composto della libellula. Utilizzando la tecnologia di imaging integrale, gli scienziati hanno ottenuto l’acquisizione e la riproduzione di immagini 3D RGB a colori, consentendo la registrazione e la ricostruzione di forme di oggetti 3D. In futuro, si prevede che questi sensori di immagini ad alte prestazioni saranno ampiamente utilizzati in vari settori avanzati, tra cui dispositivi XR, intelligenza artificiale (AI) e sistemi di guida autonomi.

“Superando le limitazioni tecniche causate dai problemi degli elettrodi nei dispositivi semiconduttori 2D esistenti, si prevede che questa ricerca accelererà significativamente l’industrializzazione delle tecnologie di sistemi di imaging di prossima generazione, che offrono vantaggi nell’assorbimento della luce e nella miniaturizzazione” afferma il ricercatore Do Kyung Hwang, sottolineando la scalabilità della ricerca, affermando: “Il materiale dell’elettrodo sviluppato è facile da fabbricare e scalabile su ampie aree, rendendolo ampiamente applicabile a vari dispositivi optoelettronici basati su semiconduttori”.