Компьютерра PDA 26.06.2010-02.07.2010 - страница 13

В InVisage Technologies решили пойти другим путём и разработали кремниевый материал, изначально оптимизированный для максимальной светочувствительности. По оценкам представителей компании, если обычные матрицы на основе кремния захватывают лишь около 25% поступающего на них света, то сенсоры на основе технологии QuantumFilm улавливают до 95% света.

Поскольку кремний поглощает свет и преобразует его в электричество, к нему должны быть подведены контакты и массив транзисторов, которые выполнены как металлические слои. В обычной светочувствительной матрице свет должен пройти через эти два слоя, прежде чем он попадёт на кремниевый полупроводник, способный его уловить и измерить. В результате в матрицу проникает намного меньше света, чем могло бы поступать при оптимальной конструкции сенсора.

В матрице, изготовленной по технологии QuantumFilm, тоже есть эти два металлических слоя, но они расположены не над, а под регистрирующим слоем, что вдвое увеличивает количество попадающего на него света. Цветной светофильтр, установлен над светочувствительным слоем, а кремниевая подложка, как и в обычной матрице, под двумя металлическими слоями.

Регистрирующий слой представляет собой плёнку из эластичного прозрачного полимера, в которой содержится массив квантовых точек – отсюда и название QuantumFilm, то есть "квантовая плёнка". Этот массив вдвое более светочувствителен, чем кремний, в результате новые матрицы демонстрируют вчетверо более высокую чувствительность к свету, чем обычные. Когда фотоны ударяют по квантовым точкам, последние точно так же поглощают энергию света, как и кремний, только с гораздо большей эффективностью.

В каждом пикселе матрицы, изготовленной по технологии QuantumFilm, содержится несколько миллионов квантовых точек размером в несколько нанометров. Точные цифры держатся в секрете, при этом настройка сенсора производится путём варьирования размеров точек. Приложение к точкам разных размеров различной энергии даёт разные цвета.

Благодаря тому, что квантовые точки чрезвычайно малы по размеру и их очень много в каждом пикселе, электроны ведут себя в новом материале иначе, чем в кремнии. Если в кремнии только фотоны с некоторой длиной волны обладают энергией, способной заставить электрон "перепрыгнуть" на другой уровень, что позволяет замерить освещённость, то в случае с "квантовой плёнкой" диапазон регистрируемых волн значительно шире.

Сенсор на основе QuantumFilm работает, как фотодиод в кремнии. Поглощая фотоны, квантовые точки преобразуют энергию света в экситоны – квазичастицы, состоящие из отрицательно заряженного электрона и положительно заряженной дырки. Электрическое поле под квантовыми точками разделяет эти две частицы и электроны переходят в металлические слои, а кремний работает так же, как и в традиционных матрицах – замеряет электрический сигнал и преобразует его в цифровой.

Важнейшее достоинство QuantumFilm – совместимость с традиционным технологическим процессом изготовления кремниевых матриц: "плёночный" слой с квантовыми точками наносится на завершающей стадии производства. Благодаря этому себестоимость выпущенных по новой технологии сенсоров невысока и существенно ниже, чем у обычных кремниевых КМОП-матриц высокого разрешения.

Полимерная плёнка с квантовыми точками может напыляться непосредственно поверх других слоёв чипа при производстве кремниевой подложки на любой фабрике, владеющей традиционным технологическим процессом. Толщина плёнки после высыхания – от 500 до 1000 нм (от 0,5 до 1 микрона), толщина металлических слоёв – от 4 до 5 микрон.

У технологии QuantumFilm есть два возможных применения. Прежде всего, при её помощи можно выпускать "телефонные" светочувствительные матрицы того же разрешения и размера, что и обычные, но с гораздо более широкими возможностями съёмки в условиях недостаточной освещённости. Таким образом появляется возможность существенно повысить реальное качество фотографий, получаемых при помощи встроенных в портативные устройства камер.

Второе применение – производить матрицы того же физического размера и чувствительности, что и обычные, но с вчетверо более высоким разрешением. Если для традиционных кремниевых матриц наращивание числа пикселей при сохранении разумных габаритов упирается в технологические ограничения, то для QuantumFilm этой проблемы нет. По словам исполнительного директора InVisage Джесс Ли, благодаря новой технологии трёхмегапиксельные матрицы смогут делать снимки с реальным разрешением, соответствующим 12-мегапиксельным сенсорам.