科技日報記者 張佳欣
瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學院與瑞士聯(lián)邦材料科學與技術(shù)研究所聯(lián)合團隊開發(fā)出基于鈣鈦礦的新型圖像傳感器，實現(xiàn)了紅、綠、藍像素層的垂直堆疊，大幅提升了光利用效率和空間分辨率。這項成果發(fā)表于最新一期《自然》雜志。
圖像傳感器是智能手機和數(shù)碼相機不可或缺的核心元件。它們分辨顏色的方式與人眼相似。在人眼視網(wǎng)膜中，單個視錐細胞分別識別紅色、綠色和藍色。在圖像傳感器中，單個像素吸收相應波長的光，并將其轉(zhuǎn)化為電信號。目前絕大多數(shù)圖像傳感器由硅制成，然而，硅傳感器中的每個像素只能吸收約三分之一的入射光。
新開發(fā)的圖像傳感器基于鹵化鉛鈣鈦礦。這種晶體材料同樣是一種半導體。與硅不同的是，它特別易于加工，而且其物理特性可通過具體的化學組成進行調(diào)整。
當鈣鈦礦中含有更多碘離子時，它能夠吸收紅光；如果添加更多溴元素，則能吸收綠光；加入更多氯元素，則能吸收藍光。整個過程中無需任何濾光片，并且，這些鈣鈦礦像素層對其他波長仍然是透明的，允許它們穿透。這意味著紅、綠、藍像素可在圖像傳感器中垂直堆疊，而不像硅圖像傳感器那樣只能并排排列。
得益于這種結(jié)構(gòu)設計，鈣鈦礦圖像傳感器理論上可捕捉到比同面積傳感器多3倍的光，同時帶來3倍的空間分辨率優(yōu)勢。團隊制造出兩款功能完善的鈣鈦礦薄膜圖像傳感器原型。實驗證明，鈣鈦礦傳感器對光更敏感，顏色還原更精確，分辨率也遠高于傳統(tǒng)硅技術(shù)。每個像素都能接收所有光線，也避免了數(shù)字攝影中的一些偽影問題，比如“去馬賽克處理”和摩爾紋效應。
目前兩款原型的像素尺寸在0.5毫米到1毫米之間，而商用圖像傳感器的像素尺寸在微米級。未來團隊將進一步縮小鈣鈦礦圖像傳感器的像素尺寸。
