2D 재료로 Ultra를 활성화할 수 있음
새로운 유형의 액티브 픽셀 센서Penn State 연구원 팀에 따르면 새로운 2차원 재료를 사용하는 기술은 매우 선명한 휴대폰 사진을 가능하게 하고 매우 에너지 효율적인 IoT(사물 인터넷) 센서의 새로운 클래스를 만들 수 있습니다.
"사람들이 새 휴대폰을 찾을 때 원하는 사양은 무엇입니까?" Nature Materials에 발표된 연구의 주요 저자이자 공학 과학 및 기계학 부교수인 Saptarshi Das는 말했습니다. "사람들은 좋은 카메라를 찾는 경우가 많습니다. 좋은 카메라가 대부분의 사람들에게 의미하는 바는 무엇입니까? 고해상도의 선명한 사진입니다."
대부분의 사람들은 친구, 가족 모임, 스포츠 행사 등의 사진을 찍을 뿐, 사진을 찍을 때 휴대폰 내부에서 "뒤에서" 무슨 일이 일어나는지는 전혀 생각하지 않습니다. Das에 따르면 사진을 찍은 직후에 사진을 볼 수 있는 일이 꽤 많이 일어나고 있으며 여기에는 이미지 처리가 포함됩니다.
Das는 "이미지를 촬영할 때 대부분의 카메라에는 휴대전화에서 진행되는 일종의 처리 과정이 있으며 실제로 이로 인해 눈으로 보는 것보다 사진이 훨씬 더 좋아 보일 때가 있습니다."라고 Das는 말했습니다. "이 차세대 휴대폰 카메라는 이미지 캡처와 이미지 처리를 통합하여 이를 가능하게 하지만 이전 세대의 카메라에서는 불가능했습니다."
그러나 최신 카메라로 촬영한 멋진 사진에는 한 가지 문제가 있습니다. 처리에는 많은 에너지가 필요하기 때문입니다.
연구 당시 Penn State의 대학원 연구 조교이자 현재 Western Digital의 연구원이자 연구의 공동 저자인 Akhil Dodda는 "많은 이미지를 찍는 데는 에너지 비용이 듭니다"라고 말했습니다. . "10,000장의 이미지를 찍는다면 괜찮습니다. 하지만 누군가 그에 대한 에너지 비용을 지불하고 있습니다. 이를 100배로 줄일 수 있다면 100배 더 많은 이미지를 촬영하면서도 여전히 동일한 양의 에너지를 소비할 수 있습니다. 사람들이 여행할 때 더 많은 셀카와 기타 사진을 찍을 수 있도록 사진 촬영이 더욱 지속 가능해졌습니다. 바로 이것이 재료 혁신이 등장하는 지점입니다."
연구에 설명된 재료의 혁신은 에너지 사용을 줄이기 위해 활성 픽셀 센서에 센서 내 처리를 추가하는 방법을 중심으로 이루어집니다. 그래서 그들은 하나 또는 몇 개의 원자 두께에 불과한 이황화 몰리브덴 재료 종류인 새로운 2D 재료로 전환했습니다. 또한 반도체이고 빛에 민감하므로 이미지의 저에너지 센서 내 처리를 위한 잠재적인 재료로 이상적입니다.
"우리는 이황화 몰리브덴이 매우 우수한 감광성 반응을 갖는다는 것을 발견했습니다."라고 이번 연구의 공동 저자이자 공학 및 기계 분야 대학원 연구 조교인 Darsith Jayachandran이 말했습니다. "거기서 우리가 찾고 있던 다른 속성에 대해 테스트했습니다."
이러한 특성에는 저조도에 대한 민감도가 포함되어 있으며 이는 센서의 동적 범위에 중요합니다. 동적 범위는 달빛과 같은 낮은 조명과 햇빛과 같은 밝은 빛 모두에서 물체를 "볼" 수 있는 능력을 말합니다. 인간의 눈은 뛰어난 다이내믹 레인지 덕분에 대부분의 카메라보다 밤에도 별을 더 잘 볼 수 있습니다.
이황화 몰리브덴은 또한 강력한 신호 변환, 전하-전압 변환 및 데이터 전송 기능을 보여주었습니다. 따라서 이 소재는 광 감지와 센서 내 이미지 처리를 모두 수행할 수 있는 능동형 픽셀 센서를 활성화하는 이상적인 후보가 됩니다.
Jayachandran은 "거기서부터 센서를 어레이에 배치했습니다."라고 말했습니다. "우리가 개발한 9평방 밀리미터 어레이에는 900개의 픽셀이 있으며 각 픽셀은 약 100마이크로미터입니다. 이는 현재 CMOS 센서보다 빛에 훨씬 더 민감하므로 추가 회로나 에너지 사용이 필요하지 않습니다. 따라서 각 픽셀은 작동하는 데 훨씬 적은 에너지가 필요하며 이는 훨씬 적은 배터리를 사용하는 더 나은 휴대폰 카메라를 의미합니다."
Das에 따르면 다이내믹 레인지와 이미지 처리를 통해 사용자는 다양한 불리한 사진 조건에서도 선명한 사진을 찍을 수 있다고 합니다.