Искусственные двухмерные материалы, халькогениды, в состав которых входят металлы и некоторые другие элементы, могут стать основой для сверхтонких компонентов электронных устройств будущих поколений. Один из таких материалов, дисульфид молибдена, обладающий превосходным набором электронных свойств, хорошо известен нашим постоянным читателям из-за того, что он уже достаточно давно является одним из кандидатов на использование его в электронике в качестве альтернативы и кремнию, и графену. А исследователи из университета Райс (Rice University) создали еще один вид материала одноатомной толщины, селенид меди-индия (copper indium selenide, CIS), обладающий совсем уж экстраординарным набором свойств, что позволит создать на его основе сверхтонкие светочувствительные CCD-матрицы для камер смартфонов и других портативных устройств следующего поколения.
Синтез материала CIS был произведен Сидонгом Лей (Sidong Lei), аспирантом из лаборатории профессора материаловедения Пуликеля Аджаяна (Pulickel Ajayan). Этот материал представляет собой пленку одноатомной толщины, в кристаллической решетке которой особым образом чередуются атомы селена, меди и индия. Изначально материал был получен путем отделения слоя от поверхности плоского кристалла, что позволило отделить слои, толщиной в два нанометра, соответствующей девяти атомарным слоям. Но используя процесс химического осаждения из паровой фазы можно получать слои CIS-материала и одноатомной толщины. При этом, размер получаемой пленки ограничивается лишь размерами камеры технологической печи.
Использовав полученный материал, исследователи создали опытный образец CCD-матрицы, которая содержит всего три пикселя, но которой вполне достаточно для проверки работоспособности и определения характеристик разработанной технологии. “Традиционные CCD-матрицы имеют достаточно толстую структуру и изготавливаются из твердых материалов. Поэтому не имелось никакого смысл включать в их состав компоненты, изготовленные из тонких и гибких двухмерных материалов” – рассказывает Сидонг Лей, – “Изготовленные из CIS CCD-матрицы являются сверхтонкими, прозрачными и гибкими, и на их базе можно создавать не только новые компактные блоки формирования изображений, но и элементы малогабаритных ячеек памяти оптоэлектронного типа”.
Созданное устройство работает, захватывая в ловушку электроны, освобождающиеся в момент, когда фотоны света поражают поверхность материала. Пикселы CIS имеют весьма высокую чувствительность благодаря тому, что пойманные электроны практически не рассеиваются в окружающем материале, точнее рассеиваются, но с крайне низкой скоростью. “Существует множество двухмерных материалов, которые могут улавливать свет, но ни один из этих материалов не обладает столь высокой эффективностью, как материал CIS” – рассказывает Роберт Вэджтай (Robert Vajtai), старший исследователь из отдела Материаловедения и разработки нанотехнологий (Department of Materials Science and NanoEngineering) университета Райс, – “Этот материал более чем в 10 раз более эффективен, чем самые лучшие образцы других материалов”.
Поскольку сам материал CIS прозрачен, то CCD-матрица на его основе может быть скомбинирована с другими двухмерными оптоэлектронными устройствами, также изготовленными на базе “плоских” материалов. Это позволит создавать достаточно сложные устройства формирования изображений, которые могут быть изогнуты для того, чтобы соответствовать форме линз оптической системы. Это, в свою очередь, позволит избавиться от необходимости программной коррекции изображения и максимально упростит конструкцию будущих компактных камер, обеспечивая, при этом, высокое качество и цветопередачу получаемых снимков.