科技日?qǐng)?bào)記者 張佳欣

瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院與瑞士聯(lián)邦材料科學(xué)與技術(shù)研究所聯(lián)合團(tuán)隊(duì)開發(fā)出基于鈣鈦礦的新型圖像傳感器，實(shí)現(xiàn)了紅、綠、藍(lán)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(xiàng)成果發(fā)表于最新一期《自然》雜志。

圖像傳感器是智能手機(jī)和數(shù)碼相機(jī)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(gè)視錐細(xì)胞分別識(shí)別紅色、綠色和藍(lán)色。在圖像傳感器中，單個(gè)像素吸收相應(yīng)波長(zhǎng)的光，并將其轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。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(gè)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(dǎo)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(xué)組成進(jìn)行調(diào)整。

當(dāng)鈣鈦礦中含有更多碘離子時(shí)，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(lán)光。整個(gè)過程中無(wú)需任何濾光片，并且，這些鈣鈦礦像素層對(duì)其他波長(zhǎng)仍然是透明的，允許它們穿透。這意味著紅、綠、藍(lán)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(shè)計(jì)，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(shí)帶來(lái)3倍的空間分辨率優(yōu)勢(shì)。團(tuán)隊(duì)制造出兩款功能完善的鈣鈦礦薄膜圖像傳感器原型。實(shí)驗(yàn)證明，鈣鈦礦傳感器對(duì)光更敏感，顏色還原更精確，分辨率也遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)硅技術(shù)。每個(gè)像素都能接收所有光線，也避免了數(shù)字?jǐn)z影中的一些偽影問題，比如“去馬賽克處理”和摩爾紋效應(yīng)。

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(jí)。未來(lái)團(tuán)隊(duì)將進(jìn)一步縮小鈣鈦礦圖像傳感器的像素尺寸。