量子薄膜技术威胁CMOS影像传感器 - 模拟技术 - 电子工程师

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就像是“胶卷”已经几乎消失在大众视野里一样，一种新研发的量子薄膜(quantum film)可能会让数码相机里的CMOS影像传感器位置不保。

该种薄膜是以类似传统底片的材料所制成，即一种具备嵌入粒子的聚合物；不过不同于底片所使用的银颗粒，其所嵌入的粒子是量子点(quantum dots)。据发明该薄膜的公司InVisage表示，量子薄膜能反映分辨率更高的影像，敏感度是超高分辨率影像传感器的四倍，而且制造成本还便宜得多。

“很多创新都号称是革命性的，但实际上只是渐进式变化(incremental changes)；不过InVisage的量子薄膜真的是革命性的发明。”市场研究机构Strategies Unlimited的光子与化合物半导体业务总监Tom Hausken表示：“数年来产业界一直在寻找量子点可运用的地方，InVisage找到了一个非常适合用量子点作为解决方案的题目。”

另一家市场研究机构Semico Research的策略性技术副总裁Morry Marshall则表示，InVisage可望催生新一代的影像传感器。“该种薄膜能收集更多光线，因此能为低端手机相机制作较小型的影像传感器，或是为高端数码相机制作分辨率更高的影像传感器；”他表示，该公司跨出了很大的一步，未来市场也很庞大，不过小公司要闯荡大市场，还需要克服很多困难。

该种新型半导体材料是由现任InVisage技术长的多伦多大学(Univeristy of Toronto)教授Ted Sargent所发明，他优化了一种方法将硫化铅(lead-sulfide)纳米粒子悬浮在聚合物数组中，以形成一系列新的半导体聚合物；而 InVisage花费过去三年的时间将该材料与标准CMOS制程进行整合。

现在该公司能将量子薄膜涂布在具备电极数组 (electrode array)的低成本晶圆片上，就可支持超高密度/高像素数字影像，却不需要使用制作大多数传统数码相机传感器所需的、昂贵的CMOS光电侦测器(photodetectors)。

“我们的量子薄膜可取代用以撷取影像的硅芯片，不过实际上我们所创造出的是一种半导体新材料；”InVisage总裁暨执行长Jess Lee表示：“我们的量子薄膜甚至看起来像照相底片，是一种我们将之沉积在影像芯片最顶层的、不透光的黑色材料。”

不同于传统半导体组件拥有固定的能隙(bandgap)，InVisage的量子薄膜之能隙能藉由改变所嵌入的量子点尺寸来做调整；该薄膜也能在室温下进行涂布，不需要生产传统传感器必备的昂贵高温制程。

Lee表示，该公司的量子点薄膜能涂布在各种表面上，其第一代产品是以硅晶圆片为底，是一种可以取代CMOS影像传感器的超低价影像传感器。

在传统CMOS影像传感器，光线需要渗入数微米 (4~5micron)的金属才能达到硅晶圆上的光侦测器；不过InVisag的量子薄膜(厚度约仅500纳米)是在芯片的最顶层，因此能够百分之百曝露在入射光线中。

虽然OmniVision曾经以背面照度(BSI)技术改善CMOS影像传感器的光线撷取程序，但Lee表示(他曾担任OmniVision的主流业务副总裁)，BSI仅能转换八成的入射光线，主要是因为像素与像素之间得加入沟槽来防止传感器的串扰。而另一方面，量子薄膜则是能在芯片顶层撷取100%的光线。

InVisage声称，可利用该种新材料以低价的台积电1.1微米8吋晶圆CMOS制程，生产敏感度是现有传感器四倍(或者是尺寸仅四分之一、但敏感度相同)的新一代传感器；而目前的 CMOS影像芯片供货商大多是采用昂贵的65纳米节点12吋晶圆制程，其表现还较逊。

未来InVisage也打算切入其他专业应用领域，例如全黑夜视镜、低价太阳能电池，甚至喷雾式显示器(spray-on display )等。

来源：EETChina