CMOS传感器是一种结合了光探测器与晶体管技术的有源像素传感器，尽管科学家们已经在更节能的光探测器方面取得了稳步进展，但目前的主动像素传感器的信号转换和数据传输功能非常不节能，该研究的共同首席作者Akhil Dodda说。Dodda是一名电子工程师，当时在宾夕法尼亚大学（Penn State University）从事这项研究工作。
为像素传感器添加处理功能
2D过渡金属二硫族化合物具有原子级薄度、可调带隙以及强烈的光物质相互作用，在光电子学领域引起了极大的兴趣。例如，基于WSe的光电二极管阵列中的门可调光电导已经被用于图像感测和处理，用MoS光电晶体管制作的图像传感器可实现基于尖峰定时的光电编码。
在这项研究中，研究人员试图将传感器内的处理功能添加到有源像素传感器中，以降低它们的能量和尺寸。他们用2D材料二硫化钼（MoS2）做实验，MoS2由一片钼原子构成的夹在两层硫原子之间。利用这种光敏半导体材料，他们旨在将图像捕捉传感器和图像处理组件结合在同一个器件中。
科学家们开发了一种2D有源像素传感器阵列，其中每个像素都有一个可编程光电晶体管。这些光传感器都可以执行自己的电荷到电压（charge-to-voltage）转换，不需要任何额外的晶体管。“我们经常对这种纳米厚材料的研究结果感到惊讶，”研究的共同首席作者Darsith Jayachandran说，他是宾夕法尼亚大学的电子工程师。
原型阵列包含9平方毫米的900个像素，每个像素大约100µm。相比之下，Omnivision和三星最先进的CMOS传感器的尺寸达到了0.56µm左右。然而，商业CMOS传感器还需要额外电路来检测低光水平，这增加它们的总占位面积，而新阵列则不需要。
此外，这种新器件每像素只需要几十皮瓦——万亿分之一瓦。相比之下，传统的CMOS传感器每像素可能需要大约几千到一千万倍的功率。
可快速检测微弱信号
与商用锗传感器相比，新器件对光的反应快了大约100万倍，而检测到的信号则弱了大约1000倍。他们还拥有高动态范围，并采用不同波长的光，在整个阵列范围内进行了同一种方式的处理。
新的传感器还具有快速重置能力，以帮助消除阵列捕获到的图像中的噪声。研究人员还利用这种新的传感器技术实现了更高的制造产量。
“我们相信低功耗2D有源像素传感器平台将在未来几年内极大地推动智能相机的发展，”Dodda说。“有了这项技术，我们可以进一步提高图像质量具有最小的电池消耗。”
这项研究面临的主要障碍是如何成功地将2D光电晶体管转移到目标设备上的其他电子器件中。因此，改进转移技术将有助于我们实现“开发一个智能、低功耗相机”的宏伟目标。Jayachandran说。
参考链接：
https://spectrum.ieee.org/active-pixel-sensor
https://www.nature.com/articles/s41563-022-01398-9
—煤油灯科技victorlamp.com翻译整理—
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