日前南開大學(xué)校友、美國(guó)阿拉巴馬大學(xué)華人教授宋金會(huì)帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊(duì)，成功研制出像素尺寸僅為50納米的新型圖像傳感器，大幅度突破了當(dāng)前數(shù)字圖像傳感器像素尺寸為1000納米的極限。
超高分辨率的數(shù)字圖像傳感器對(duì)于科研探索、工業(yè)生產(chǎn)、人類生活、國(guó)防軍工等廣泛領(lǐng)域具有重大的價(jià)值與意義。然而，如何通過減小像素尺寸來提高數(shù)字圖像傳感器的分辨率，一直是困擾科學(xué)家們的難題。當(dāng)前，數(shù)字圖像傳感器CCD(Charge-coupledDevice，電荷耦合器件)和CMOS(ComplementarymetalOxideSemiconductor，互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)的最小像素尺寸分別是1.43微米和1.12微米。由于受半導(dǎo)體薄膜材料物理性質(zhì)與數(shù)字圖像傳感器傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的限制，這樣的像素尺寸已經(jīng)接近物理極限。若繼續(xù)縮小，像素將失去感光能力，不再具備有效的圖像傳感功能。
宋金會(huì)指出，僅通過對(duì)原器件材料和構(gòu)架的改進(jìn)，難以突破當(dāng)前數(shù)字圖像傳感器的分辨率，還需要從原理、傳感器材料與結(jié)構(gòu)進(jìn)行徹底革新。為此，他帶領(lǐng)科研團(tuán)隊(duì)采用“有源元器件”原理，把光強(qiáng)直接轉(zhuǎn)換為放大的電信號(hào)，研發(fā)全新的三維納米半導(dǎo)體光電材料和三維器件結(jié)構(gòu)，成功將數(shù)字圖像傳感器像素尺寸從1000納米降至50納米。
據(jù)宋金會(huì)介紹，他與科研團(tuán)隊(duì)首先定義了一個(gè)新的數(shù)字電路基本元件，光子場(chǎng)效應(yīng)管(PET，PhotonEffectTransistor)，這一發(fā)明實(shí)現(xiàn)了光強(qiáng)傳感和放大雙重功能。在光子場(chǎng)效應(yīng)管的基礎(chǔ)上，科研團(tuán)隊(duì)利用現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)化的雙重加工技術(shù)，進(jìn)一步縮小了像素平面面積的大小。此外，團(tuán)隊(duì)利用材料表面活性處理，以及納米半導(dǎo)體陣列與金屬電極之間的肖特基勢(shì)壘，大幅度降低了傳感器的噪音并提高了像素感光響應(yīng)速度。若采用這一新型傳感器技術(shù)，按照當(dāng)前流行的全幅相機(jī)傳感器尺寸為標(biāo)準(zhǔn)，全幅傳感器將擁有高達(dá)3000多億的像素，是現(xiàn)在傳感器的10000倍，這意味著未來數(shù)字相機(jī)、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)將拍攝出更加清晰、細(xì)致的圖像畫面。
