2D半导体传感器：金纳米粒子提高光信号效率

下一代成像技术正迅速从智能手机扩展到智能设备、机器人、扩展现实（XR）设备、医疗保健、闭路电视和其他各种行业。这些技术进步的核心是高效、超紧凑的图像传感器，它将光信号转换为电信号。图像传感器捕获并处理来自物体和环境的视觉信息，能够精确重建其形状、大小和空间位置

目前，商用图像传感器主要基于硅半导体。然而，利用二维（2D）半导体纳米材料（硅的潜在替代品）对下一代图像传感器的研究正在积极进行中。这些纳米材料由几纳米厚的原子薄层组成，具有卓越的光学性能和小型化潜力，使其非常适合高性能图像传感器

然而，最大限度地提高其性能需要能够有效处理光信号的低电阻电极。传统的基于2D半导体的传感器在实现低电阻电极方面面临挑战，导致光信号处理效率低下，这一直是商业化的主要障碍

Do Kyung Hwang（韩国科学技术院后硅半导体研究所；韩国科学技术学院KU-KIST研究生院）和Min Chul Park博士（韩国科学与技术学院后硅半导体学院；韩国大学和延世大学）以及他们在韩国科学与技术学院的联合研究团队成功开发了一种名为导电桥层间接触（CBIC）的创新电极材料，实现了具有高光信号效率的二维半导体图像传感器

该论文发表在《自然电子学》杂志上

通过在电极内掺入金纳米粒子，该团队显著降低了其电阻，从而显著提高了2D半导体图像传感器的性能。此外，他们有效地解决了费米能级钉扎问题，这是传统电极材料中的一个常见挑战，从而进一步提高了传感器的光信号效率

我们评估了使用CBIC电极的2D半导体光电探测器的性能，发现与传统的MIS电极相比，线性动态范围特性得到了显著改善。图片来源：韩国科学技术研究所使用开发的电极，我们展示了基于整体成像的3D成像和显示，并使用透镜阵列来验证其性能。图片来源：韩国科学技术院

特别是，该团队受蜻蜓复眼结构的启发，应用这项技术成功实现了基于整体成像的3D成像和裸眼显示技术。利用集成成像技术，他们实现了RGB全彩3D图像的采集和再现，从而能够记录和重建3D物体形状

未来，这些高性能图像传感器有望广泛应用于各种先进行业，包括XR设备、人工智能（AI）和自动驾驶系统

Do Kyung Hwang博士说：“通过克服现有2D半导体器件中电极问题造成的技术限制，这项研究有望显著加速下一代成像系统技术的工业化，这些技术在光吸收和小型化方面具有优势。”

他进一步强调了这项研究的可扩展性，指出：“开发的电极材料易于制造，可扩展到大面积，使其广泛适用于各种基于半导体的光电器件。”

Min Chul Park博士补充道：“克服费米能级钉扎挑战的基于半导体的二维光电器件将对未来需要超紧凑、超高分辨率和高性能视觉传感器的行业产生重大影响。”