【視覺知識】量子點CMOS

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  • 發布時間:2023-03-25 07:50:45

量子點CMOS



近紅外相機應用


與可見光面陣相機相比,SWIR光子被對象反射或吸收,從而提供了高分辨率成像所需的強烈對比度。雖然LWIR成像儀會發出更模糊的熱圖像,但SWIR成像儀可提供高分辨率圖像;與可見光相機不同的是紅外相機具有很強的穿透性,常用于電子板檢查、太陽能電池檢查、產品檢查、識別和分類、監視、防偽、過程質量控制、塑料包裝檢測、玻璃塑性檢測、監視系統以及醫學成像。它們還用于移動電話面部識別傳感器和環境模糊的自動車輛成像中。

 



紅外相機常見材料


InGaAs材料在900nm-1700nm具有極高的靈敏度,相比于其他的探測器,它不需要低溫冷卻,而且小型化。目前市場上大部分紅外相機都是用該材料,光虎視覺代理的Artray、NIT、IRcam等,光譜范圍可拓寬至400nm-1700nm。


新型紅外相機--量子點相機


CQD(CMOS Quantum Dot) 一種加入PbS(硫化鉛)量子點薄膜層,與傳統硅基CMOS不同,CQD相機就相當于在CMOS前面添加了一層薄膜,對薄膜施加一定的電場或者光壓,它就會發出特定頻率的光,當量子點吸收光子時,它會生成一個電子空穴對,這些電子空穴對會重組以發射新的光子。至關重要的是,這種發射的光子的顏色取決于量子點的大?。焊蟮狞c發射的波長更長,接近紅色(620至750 nm)。較小的點發出較短的波長,更靠近光譜的紫色末端(380至450 nm)。這種“可調性”是量子點所獨有的。在其他發光材料中,發射的光子的波長是該材料的固定屬性,不受其尺寸的影響。




1nm的量子點,吸收藍色光之后,激發出波長為500nm的光;2nm的量子點,吸收藍色光之后,激發出波長為560nm的光;3nm的量子點,吸收藍色光之后,激發出波長為630nm的光,因此只要控制好量子點的尺寸,理論上發出的光就可以覆蓋整個可見光區域。


新型紅外相機,就是利用CQD這一特性,通過量子點薄膜層的紅外光,會激發出特定可見波長的光,然后再利用硅基CMOS接收可見波長,來進行圖像分析。理論上CQD相機能覆蓋400nm-1700nm的區域,且綜合量子效率大于15% 。


優勢


當前的SWIR成像市場以砷化銦鎵(InGaAs)傳感器為主導,InGaAs是在晶格匹配的磷化銦(InP)襯底上外延生長的化合物半導體。該制造方法對像素尺寸、像素間距和傳感器分辨率施加了限制。商業上使用的InGaAs SWIR攝像機是VGA分辨率,對于大多數機器視覺應用而言,即使如此,也被認為價格過于昂貴。


CQD傳感器技術采用單片集成方法,其中,基于量子點的傳感器使用成熟的低成本半導體沉積技術直接制造到CMOS讀出集成電路(ROIC)上。該工藝不需要雜交,不需要外延生長或奇異的襯底材料,并且可以很容易地按比例放大到晶圓級制造。采用固溶處理的膠體量子點,以形成對SWIR和可見光譜帶均敏感的光電二極管陣列。


相同像素的紅外相機,CQD相機價格便宜接近一半,且基本不受出口限制。


【來源:光虎光學內部培訓資料】



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