【光学知识】量子点CMOS

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  • 发布时间:2024-01-12 04:45:24

量子点CMOS


一、近红外相机应用


与可见光面阵相机相比,SWIR光子被对象反射或吸收,从而提供了高分辨率成像所需的强烈对比度。虽然LWIR成像仪会发出更模糊的热图像,但SWIR成像仪可提供高分辨率图像;与可见光相机不同的是红外相机具有很强的穿透性,常用于电子板检查、太阳能电池检查、产品检查、识别和分类、监视、防伪、过程质量控制、塑料包装检测、玻璃塑性检测、监视系统以及医学成像。它们还用于移动电话面部识别传感器和环境模糊的自动车辆成像中。


量子点


二、红外相机常见材料


InGaAs材料在900nm-1700nm具有很高的灵敏度,相比于其他的探测器,它不需要低温冷却,而且小型化。目前市场上大部分红外相机都是用该材料,光谱范围可拓宽至400nm-1700nm。


三、新型红外相机--量子点相机


CQD(CMOS Quantum Dot) 一种加入PbS(硫化铅)量子点薄膜层,与传统硅基CMOS不同,CQD相机就相当于在CMOS前面添加了一层薄膜,对薄膜施加一定的电场或者光压,它就会发出特定频率的光,当量子点吸收光子时,它会生成一个电子空穴对,这些电子空穴对会重组以发射新的光子。至关重要的是,这种发射的光子的颜色取决于量子点的大小:更大的点发射的波长更长,接近红色(620至750 nm)。较小的点发出较短的波长,更靠近光谱的紫色末端(380至450 nm)。这种“可调性”是量子点所拥有的。在其他发光材料中,发射的光子的波长是该材料的固定属性,不受其尺寸的影响。


量子点


1nm的量子点,吸收蓝色光之后,激发出波长为500nm的光;2nm的量子点,吸收蓝色光之后,激发出波长为560nm的光;3nm的量子点,吸收蓝色光之后,激发出波长为630nm的光,因此只要控制好量子点的尺寸,理论上发出的光就可以覆盖整个可见光区域。


新型红外相机,就是利用CQD这一特性,通过量子点薄膜层的红外光,会激发出特定可见波长的光,然后再利用硅基CMOS接收可见波长,来进行图像分析。理论上CQD相机能覆盖400nm-1700nm的区域,且综合量子效率大于15% 。


四、优势


当前的SWIR成像市场以砷化铟镓(InGaAs)传感器为主导,InGaAs是在晶格匹配的磷化铟(InP)衬底上外延生长的化合物半导体。该制造方法对像素尺寸、像素间距和传感器分辨率施加了限制。商业上使用的InGaAs SWIR摄像机限于VGA分辨率,对于大多数机器视觉应用而言,即使如此,也被认为价格过于昂贵。


CQD传感器技术采用单片集成方法,其中,基于量子点的传感器使用成熟的低成本半导体沉积技术直接制造到CMOS读出集成电路(ROIC)上。该工艺不需要杂交,不需要外延生长或奇异的衬底材料,并且可以很容易地按比例放大到晶圆级制造。采用固溶处理的胶体量子点,以形成对SWIR和可见光谱带均敏感的光电二极管阵列。


相同像素的红外相机,CQD相机价格便宜接近一半,且基本不受出口限制。



【来源:光虎光学内部培训资料】

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