- 新型傳感器給成像技術帶來變革
- 來源：韓國科學技術高等研究院 發表于 2025/1/9
韓國與美國之間的一項合作研究取得了下一代圖像傳感器技術成果，該技術相較于現有型號，具備更高的分辨率、更強的能效以及更小的尺寸。該團隊還掌握了超高分辨率短波紅外（SWIR）圖像傳感器的基礎技術，這可能會打破目前由索尼主導的市場格局。
本研究中提出的集成在導模共振（GMR）結構上的銦鎵砷光電二極管圖像傳感器示意圖（左）、制造出的晶圓照片以及周期性圖案的掃描電子顯微鏡（SEM）圖像（右）。圖片來源：韓國科學技術院
2024 年 11 月 20 日，韓國科學技術院（KAIST）宣布，一支由該校電子工程學院的金尚賢（SangHyeon Kim）教授領銜，仁川大學以及耶魯大學研究人員參與的研究團隊研發出了一種超薄寬帶光電二極管（PD）。這一進展在高性能圖像傳感器的發展歷程中是一個關鍵時刻。
這項研究極大地改善了傳統光電二極管設計中吸收層厚度與量子效率之間的權衡關系。即便吸收層厚度薄于 1 微米（比傳統技術薄約 70%），新型光電二極管的量子效率仍能超過 70%。
這一創新簡化了像素處理過程，可實現更高的分辨率、更優的載流子擴散以及更低的生產成本。然而，較薄的吸收層通常難以捕捉長波長光線，而該研究團隊成功有效地解決了這一難題。
為克服較薄吸收層的局限性，研究人員采用了導模共振（GMR）結構。這種先進的設計有助于在從 400 納米到 1700 納米的寬光譜范圍內實現高效的光吸收。這一范圍涵蓋了可見光和短波紅外光，使其在諸如醫學成像、安防系統以及自動駕駛等工業應用領域頗具價值。
導模共振（GMR）結構是一個源于電磁學的概念，它通過在特定波長下創造共振條件來提高光吸收效率。這一創新不僅拓寬了吸收光譜，還支持與基于互補金屬氧化物半導體（CMOS）的讀出集成電路（ROIC）進行混合及單片三維集成，為下一代超高分辨率圖像傳感器鋪平了道路。
在短波紅外區域性能的提升使這項技術在超高分辨率傳感器的研發中處于領先地位。這些進步有望在數碼相機、航空航天、自動駕駛汽車以及衛星觀測等領域得到重大應用。更薄的吸收層在保持高量子效率的同時降低了成本和功耗要求，增強了成像技術方面的國際競爭力。
這項研究表明，即便采用超薄吸收層，也能夠實現比現有技術顯著更高的性能。
金尚賢，研究牽頭人、韓國科學技術院教授
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