(क्वांटम) बिंदुओं को जोड़ना: चुंग-आंग विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने रंगीन छवि सेंसर के लिए एक अभिनव डिजाइन विकसित किया

लंबवत रूप से स्टैक्ड क्वांटम डॉट्स अल्ट्रा-कॉम्पैक्ट, लचीले और संवेदनशील रंग छवि सेंसर के लिए अभूतपूर्व पिक्सेल घनत्व प्रदान करते हैं

वैज्ञानिकों ने विशिष्ट प्रकाश आवृत्तियों के प्रति संवेदनशील होने के लिए तैयार किए गए लंबवत क्वांटम डॉट्स - नैनोकणों का उपयोग करके एक नए प्रकार का रंगीन छवि सेंसर विकसित किया है। उनकी अभिनव पिक्सेल संरचना पारंपरिक छवि सेंसर की तुलना में प्रति पिक्सेल बहुत कम क्षेत्र का उपयोग करती है, जिससे बहुत अधिक एकीकरण की अनुमति मिलती है। एक साधारण निर्माण प्रक्रिया, उच्च प्रकाश संवेदनशीलता और महान स्थायित्व के साथ, उनका डिज़ाइन विभिन्न प्रकार के अनुप्रयोगों के लिए उच्च-रिज़ॉल्यूशन रंग छवि सेंसर की अगली पीढ़ी का मार्ग प्रशस्त कर सकता है।

पिछले कुछ दशकों में रंगीन इमेजिंग बहुत तेजी से विकसित हुई है। आज, स्मार्टफोन जैसे सामान्य उपकरणों में सीएमओएस इमेज सेंसर होते हैं जो पुराने पेशेवर कैमरों को शर्मसार कर सकते हैं। हालाँकि, CMOS तकनीक द्वारा लाए गए लाभों के बावजूद, छवि सेंसर का पारंपरिक डिज़ाइन अपनी सीमाओं को दिखाना शुरू कर रहा है क्योंकि हमारी ज़रूरतें अधिक से अधिक परिष्कृत होती जा रही हैं।

आवेदन के कई बढ़ते क्षेत्र, जैसे कि सेल्फ-ड्राइविंग कार, फ्लेक्सिबल इलेक्ट्रॉनिक्स, और हेल्थकेयर और मेडिकल इमेजिंग, और भी उच्च रिज़ॉल्यूशन और एकीकरण के स्तर की मांग करते हैं। रंगीन छवि के प्रत्येक पिक्सेल को कैप्चर करने के तरीके के कारण इसे हासिल करना मुश्किल है। अधिकांश छवि सेंसर में, किसी दिए गए पिक्सेल के लाल, हरे और नीले रंग के घटकों को प्रत्येक रंग के लिए एक समर्पित फोटोडेटेक्टर 'सेल' का उपयोग करके स्वतंत्र रूप से कैप्चर किया जाता है। जबकि प्रत्येक पिक्सेल की तीन कोशिकाओं को पार्श्व रूप से व्यवस्थित किया जाता है और उपलब्ध क्षेत्र का कुशलतापूर्वक उपयोग करने के लिए एक दूसरे के जितना संभव हो सके, यह डिज़ाइन प्रत्येक व्यक्तिगत सेल के रूप में कम से कम तीन गुना अधिक स्थान लेता है। इसके अलावा, इन फोटोडेटेक्टर सरणियों के लिए निर्माण और प्रसंस्करण लागत उनकी जटिलता के कारण अधिक हो सकती है।

इस समस्या को हल करने के लिए, चुंग-आंग विश्वविद्यालय, कोरिया के प्रोफेसर सुंग क्यू पार्क समेत वैज्ञानिकों की एक टीम ने स्टैक्ड क्वांटम डॉट (क्यूडी)-आधारित सेंसर में पहुंचे। अपने पेपर में - उन्नत सामग्री में प्रकाशित - वे एक नए विकसित प्रकार के फोटोडेटेक्टर और उच्च-रिज़ॉल्यूशन मल्टीस्पेक्ट्रल (रंग) इमेजिंग के लिए घने सेंसर सरणी में इसके एकीकरण को प्रस्तुत करते हैं।
यह पत्र 11 अक्टूबर 2021 को ऑनलाइन उपलब्ध कराया गया था और 13 जनवरी 2022 को पत्रिका के खंड 34 अंक 2 में प्रकाशित किया गया था।

QDs 10 नैनोमीटर से कम व्यास वाले नैनोकण हैं जिनके आकार के कारण वे कुछ क्वांटम प्रभाव प्रकट करते हैं, जिसमें फोटॉन अवशोषण और विद्युत वाहक में उनका रूपांतरण शामिल है। उनके आकार और संरचना को सटीक रूप से इंजीनियरिंग करके, QDs को केवल एक विशिष्ट रंग (रंगों) के प्रकाश के प्रति प्रतिक्रिया करने के लिए तैयार किया जा सकता है। पारंपरिक पार्श्व पिक्सेल व्यवस्था पर QDs का लाभ यह है कि QDs को प्रत्येक पिक्सेल में लंबवत रूप से स्टैक किया जा सकता है। हालांकि कोई यह सोचेगा कि निचले पदों पर QDs को ऊपर के लोगों द्वारा रोक दिया जाएगा, वास्तविकता यह है कि QDs के ऊपरी स्तरों द्वारा अवशोषित नहीं किए गए फोटॉन प्रवेश करते हैं और नीचे वाले तक पहुंचते हैं। इस तरह, प्रत्येक पिक्सेल में प्रत्येक रंग के लिए फोटोडेटेक्टर को अधिक तंग क्षेत्र में समायोजित किया जा सकता है।

कम-तापमान निर्माण प्रक्रिया का उपयोग करते हुए, वैज्ञानिकों ने एक छोटे से क्षेत्र में आश्चर्यजनक रूप से उच्च संख्या में पिक्सेल को निचोड़ने में कामयाबी हासिल की, जैसा कि प्रो। पार्क हाइलाइट करता है: " हमारे फोटोडेटेक्टर सरणी की डिवाइस घनत्व प्रति वर्ग सेंटीमीटर 5500 डिवाइस है, जो उल्लेखनीय रूप से बड़ा है की तुलना में पिछले समाधान-संसाधित लचीले फोटोडेटेक्टर के लिए रिपोर्ट किया गया है, जो 1600 उपकरणों तक पहुंचता है। "

इन उल्लेखनीय संवर्द्धन के अलावा लंबवत खड़ी QD पिक्सल ने एक महान रंग चयन और फोटो संवेदनशीलता हासिल की। लंबे समय में, टीम का मानना ​​​​है कि भविष्य में सुधार उनके सरल निर्माण, कम बिजली की खपत, स्थायित्व और क्षमताओं के कारण कई अनुप्रयोगों में मौजूदा सीएमओएस छवि सेंसर की जगह खड़ी खड़ी क्यूडी बना सकता है।

अपने काम के परिणामों से संतुष्ट, प्रो. पार्क टिप्पणी करते हैं: " हमें लगता है कि हमारा डिज़ाइन कम लागत, उच्च-रिज़ॉल्यूशन और एकीकृत छवि सेंसर सिस्टम स्थापित करने की दिशा में एक बड़ी प्रगति है जो परंपरागत लोगों से परे है। यह पहनने योग्य संवेदी प्रणाली, बायोमेडिसिन और स्वायत्त ड्राइविंग जैसे क्षेत्रों में व्यापक रूप से लागू होना चाहिए। "

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संदर्भ

लेखक: जेह्युन किम 1, चान्हो जो 3, मायुंग-गिल किम 2, ग्योंग-सु पार्क 4, टोबिन जे। मार्क्स 1, एंटोनियो फैचेट्टी 1,5 और सुंग क्यू पार्क 3

मूल पेपर का शीर्षक: उच्च-रिज़ॉल्यूशन और उन्नत रंग-चयनात्मक इमेजिंग के लिए लंबवत स्टैक्ड पूर्ण रंग क्वांटम डॉट्स फोटोट्रांसिस्टर एरेज़

जर्नल: उन्नत सामग्री

डीओआई:https://doi.org/10.1002/adma.202106215

जुड़ाव

1रसायन विज्ञान और सामग्री अनुसंधान केंद्र विभाग, उत्तर पश्चिमी विश्वविद्यालय

2स्कूल ऑफ एडवांस्ड मैटेरियल्स साइंस एंड इंजीनियरिंग, सुंगक्यूंकवान यूनिवर्सिटी

3 डिस्प्ले और डिवाइसेज रिसर्च लैब। इलेक्ट्रिकल और इलेक्ट्रॉनिक्स इंजीनियरिंग स्कूल, चुंग-आंग विश्वविद्यालय

4सामग्री विज्ञान और इंजीनियरिंग विभाग, सियोल राष्ट्रीय विश्वविद्यालय

5फ्लेक्सटेरा कॉर्पोरेशन

चुंग-आंग विश्वविद्यालय के बारे में

चुंग-आंग विश्वविद्यालय सियोल, दक्षिण कोरिया में स्थित एक निजी व्यापक शोध विश्वविद्यालय है। इसे 1918 में एक किंडरगार्टन के रूप में शुरू किया गया था और 1953 में इसे विश्वविद्यालय का दर्जा प्राप्त हुआ। यह कोरिया के शिक्षा मंत्रालय द्वारा पूरी तरह से मान्यता प्राप्त है। चुंग-आंग विश्वविद्यालय "न्याय और सत्य" के नारे के तहत अनुसंधान गतिविधियों का संचालन करता है। 100 साल पूरे करने का इसका नया विजन "द ग्लोबल क्रिएटिव लीडर" है। चुंग-आंग विश्वविद्यालय स्नातक, स्नातकोत्तर और डॉक्टरेट कार्यक्रम प्रदान करता है, जिसमें एक लॉ स्कूल, प्रबंधन कार्यक्रम और मेडिकल स्कूल शामिल हैं; इसमें 16 अंडरग्रेजुएट और ग्रेजुएट स्कूल हैं। चुंग-आंग विश्वविद्यालय के संस्कृति और कला कार्यक्रमों को कोरिया में सर्वश्रेष्ठ माना जाता है।

वेबसाइट:https://neweng.cau.ac.kr/index.do

प्रोफेसर सुंग क्यू पार्क के बारे में

सुंग क्यू पार्क चुंग-आंग विश्वविद्यालय, सियोल, कोरिया में इलेक्ट्रिकल और इलेक्ट्रॉनिक्स इंजीनियरिंग स्कूल में प्रोफेसर हैं। उन्होंने अपनी पीएच.डी. 2007 में पेंसिल्वेनिया स्टेट यूनिवर्सिटी पार्क, पीए से, और उनके सलाहकार प्रो। थॉमस एन जैक्सन थे। पार्क का समूह वर्तमान में त्वचा इलेक्ट्रॉनिक्स और स्मार्ट संवेदी अनुप्रयोगों के लिए उच्च-प्रदर्शन और स्ट्रेचेबल मेटल-ऑक्साइड ट्रांजिस्टर विकसित कर रहा है, जिसमें फोटोनिक / इमेज सेंसर, न्यूरोमॉर्फिक फोटोनिक सिनेप्स, गैस सेंसर और मैकेनिकल प्रेशर सेंसर शामिल हैं।