新型數(shù)字圖像傳感器問世

寂靜天花板

12月1日,，從南開大學(xué)獲悉，日前,，南開大學(xué)校友,、美國阿拉巴馬大學(xué)華人教授宋金會帶領(lǐng)的科研團隊，成功研制出像素尺寸僅為50納米的新型圖像傳感器,，大幅度突破了當前數(shù)字圖像傳感器像素尺寸為1000納米的極限,。近期出版的材料類頂級科學(xué)期刊《先進材料》（Advanced Materials,，2015，27,，4454-4460）中“An Ultrahigh-Resolution Digital Image Sensor with Pixel Size of 50 nm by vertical Nanorod Arrays”一文詳細介紹了這項最新研究成果,。
* j; H/ t4 k9 w1 o6 D5 ~. z6 Q        超高分辨率的數(shù)字圖像傳感器對于科研探索、工業(yè)生產(chǎn),、人類生活,、國防軍工等廣泛領(lǐng)域具有重大的價值與意義。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。當前,，數(shù)字圖像傳感器CCD(Charge-coupled Device,，電荷耦合器件)和CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互補金屬氧化物半導(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。
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) i; y' R5 R; a3 a7 L        宋金會指出,，僅通過對原器件材料和構(gòu)架的改進,，難以突破當前數(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)進行徹底革新,。為此，他帶領(lǐng)科研團隊采用“有源元器件”原理,，把光強直接轉(zhuǎn)換為放大的電信號,，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)宋金會介紹,，他與科研團隊首先定義了一個新的數(shù)字電路基本元件，光子場效應(yīng)管(PET,，Photon Effect Transistor),，這一發(fā)明實現(xiàn)了光強傳感和放大雙重功能。在光子場效應(yīng)管的基礎(chǔ)上,，科研團隊利用現(xiàn)有實驗室和工業(yè)化的雙重加工技術(shù),，進一步縮小了像素平面面積的大小。此外,，團隊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),，按照當前流行的全幅相機傳感器尺寸為標準,，全幅傳感器將擁有高達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,、數(shù)字攝像機將拍攝出更加清晰、細致的圖像畫面,。
* t9 C9 T+ |' ~$ V        接下來,，宋金會與科研團隊將在這一新型數(shù)字圖像傳感器的基礎(chǔ)上，研究全彩色,、高響應(yīng)速度的超高精度數(shù)字圖像傳感器,，以此推進其在光學(xué)、電子,、通信等相關(guān)基礎(chǔ)科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用,。
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9 n7 R+ F3 H7 U* c2 |3 B        宋金會于1994年從遼寧省考入南開大學(xué)物理科學(xué)學(xué)院，1998年本科畢業(yè)并獲得理學(xué)學(xué)士學(xué)位,。2002年赴美國佐治亞理工學(xué)院深造并獲得理學(xué)碩士學(xué)位,，2008年獲得佐治亞理工學(xué)院材料科學(xué)與工程系工學(xué)博士學(xué)位。2011年進入美國阿拉巴馬大學(xué)任教,。他長期致力于納米科技的研究與應(yīng)用,，獲得了多項美國專利。迄今為止撰寫5部專業(yè)書籍章節(jié),，在國際專業(yè)期刊上發(fā)表科技論文50余篇,，被引用次數(shù)近8000次，h因子達34,。


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