量子點(diǎn)CMOS

與可見(jiàn)光面陣相機(jī)相比，SWIR光子被對(duì)象反射或吸收，從而提供了高分辨率成像所需的強(qiáng)烈對(duì)比度。雖然LWIR成像儀會(huì)發(fā)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(jiàn)光相機(jī)不同的是紅外相機(jī)具有很強(qiáng)的穿透性，常用于電子板檢查、太陽(yáng)能電池檢查、產(chǎn)品檢查、識(shí)別和分類、監(jiān)視、防偽、過(guò)程質(zhì)量控制、塑料包裝檢測(cè)、玻璃塑性檢測(cè)、監(jiān)視系統(tǒng)以及醫(yī)學(xué)成像。它們還用于移動(dòng)電話面部識(shí)別傳感器和環(huán)境模糊的自動(dòng)車輛成像中。

InGaAs材料在900nm-1700nm具有很高的靈敏度，相比于其他的探測(cè)器，它不需要低溫冷卻，而且小型化。目前市場(chǎng)上大部分紅外相機(jī)都是用該材料，光譜范圍可拓寬至400nm-1700nm。

CQD（CMOS Quantum Dot） 一種加入PbS（硫化鉛）量子點(diǎn)薄膜層，與傳統(tǒng)硅基CMOS不同，CQD相機(jī)就相當(dāng)于在CMOS前面添加了一層薄膜，對(duì)薄膜施加一定的電場(chǎng)或者光壓，它就會(huì)發(fā)出特定頻率的光，當(dāng)量子點(diǎn)吸收光子時(shí)，它會(huì)生成一個(gè)電子空穴對(duì)，這些電子空穴對(duì)會(huì)重組以發(fā)射新的光子。至關(guān)重要的是，這種發(fā)射的光子的顏色取決于量子點(diǎn)的大小：更大的點(diǎn)發(fā)射的波長(zhǎng)更長(zhǎng)，接近紅色（620至750 nm）。較小的點(diǎn)發(fā)出較短的波長(zhǎng)，更靠近光譜的紫色末端（380至450 nm）。這種“可調(diào)性”是量子點(diǎn)所擁有的。在其他發(fā)光材料中，發(fā)射的光子的波長(zhǎng)是該材料的固定屬性，不受其尺寸的影響。

1nm的量子點(diǎn)，吸收藍(lán)色光之后，激發(fā)出波長(zhǎng)為500nm的光；2nm的量子點(diǎn)，吸收藍(lán)色光之后，激發(fā)出波長(zhǎng)為560nm的光；3nm的量子點(diǎn)，吸收藍(lán)色光之后，激發(fā)出波長(zhǎng)為630nm的光，因此只要控制好量子點(diǎn)的尺寸，理論上發(fā)出的光就可以覆蓋整個(gè)可見(jiàn)光區(qū)域。

新型紅外相機(jī)，就是利用CQD這一特性，通過(guò)量子點(diǎn)薄膜層的紅外光，會(huì)激發(fā)出特定可見(jiàn)波長(zhǎng)的光，然后再利用硅基CMOS接收可見(jiàn)波長(zhǎng)，來(lái)進(jìn)行圖像分析。理論上CQD相機(jī)能覆蓋400nm-1700nm的區(qū)域，且綜合量子效率大于15% 。

當(dāng)前的SWIR成像市場(chǎng)以砷化銦鎵（InGaAs）傳感器為主導(dǎo)，InGaAs是在晶格匹配的磷化銦（InP）襯底上外延生長(zhǎng)的化合物半導(dǎo)體。該制造方法對(duì)像素尺寸、像素間距和傳感器分辨率施加了限制。商業(yè)上使用的InGaAs SWIR攝像機(jī)限于VGA分辨率，對(duì)于大多數(shù)機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用而言，即使如此，也被認(rèn)為價(jià)格過(guò)于昂貴。

CQD傳感器技術(shù)采用單片集成方法，其中，基于量子點(diǎn)的傳感器使用成熟的低成本半導(dǎo)體沉積技術(shù)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(zhǎng)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(jí)制造。采用固溶處理的膠體量子點(diǎn)，以形成對(duì)SWIR和可見(jiàn)光譜帶均敏感的光電二極管陣列。

相同像素的紅外相機(jī)，CQD相機(jī)價(jià)格便宜接近一半，且基本不受出口限制。

【來(lái)源：光虎光學(xué)內(nèi)部培訓(xùn)資料】