**：內容由SemiEngineering編譯自半導體行業觀察（ID：icbank），謝謝。
IMEC專案經理Pawel Malinowski與半導體工程（SE）坐下來討論感測器技術的變化及其原因。 以下是該討論的摘錄。
SE：感測器技術的下一步是什麼？
Malinowski：我們正試圖找到一種製造影象感測器的新方法，因為我們希望擺脫矽光電二極體的侷限性。 矽是一種完美的材料，特別是如果你想再現人類的視覺，因為它對可見光波長很敏感，這意味著你可以做人眼做的事情。 現在這個領域正處於乙個非常成熟的階段。 每年售出約60億個影象感測器。 這些晶元最終將出現在智慧型手機、汽車和其他應用的攝像頭中。 它們是典型的標準影象感測器，具有矽基電路或電子元件和矽光電二極體。 他們基本上做紅色、綠色和藍色 （RGB） 複製品，這樣我們就可以得到乙個很好的**。 但是，如果你觀察其他波長——例如紫外線或紅外線——你會發現可見光中沒有的現象或資訊。 我們特別注意紅外範圍。 在那裡，我們談到了乙個特定的範圍，在一微公尺到兩微公尺之間，我們稱之為短波紅外線。 有了這個範圍，你就可以看穿東西了。 例如，您可以透過霧、煙或雲進行看。 這對於汽車應用尤其重要。
SE：這項技術是否有任何即將到來的挑戰或新的應用？
Malinowski：對於這個波長，你不能使用矽，因為它會變得透明。 例如，當您觀察矽太陽能電池的裂紋時，這對缺陷檢測來說很有趣。 有些材料有不同的對比。 在可見光範圍內看起來完全相同的材料在短波紅外線中可能具有不同的反射率，這意味著您可以獲得更好的對比度，例如，在分揀塑料或分揀食物時。 還有其他應用，如圖 1（底部）所示。 這是太陽穿過大氣層的光的力量。 灰色在大氣層之上，空白正在來到地球。 您將看到有一些最大值和最小值。 最小值與大氣中的吸水率有關。 您可以在工作時使用此最小值，例如使用主動取消系統，這意味著您會發出一些光並檢查反射回來的光。 這就是 Face ID 在 iPhone 上的工作方式：您發出光並檢查返回的內容。 它們的工作波長約為 940 奈米。 如果您使用更長的波長（例如 1,400），您的背景會低得多，這意味著您可以獲得更好的對比度。 如果選擇仍然有很多光的波長，則可以將其與被動照明一起使用以獲取其他資訊，例如仍有一些光子的低光成像。
圖 1：短波長紅外線的可能性。 **imec
SE：你是怎麼確定的？
Malinowski：我們正在研究的是如何訪問這些波長。 由於其物理性質，矽對此不利。 傳統的方法是鍵合，即採用另一種材料，例如砷化銦鎵或碲化汞鎘，並將其鍵合到讀出電路上。 這是現有的藝術。 它廣泛用於國防應用、軍事和高階工業或科學領域。 它很貴。 由於粘接工藝和製造成本，使用這種技術製造的感測器通常要花費數千歐元。 你可以種植你需要的材料，比如鍺，但這非常困難，而且在使噪音足夠低方面存在一些問題。 我們使用第三種方法，即儲存材料。 在這種情況下，我們使用有機材料或量子點。 我們採用可以吸收短波紅外光或近紅外光的材料，並用旋轉塗層等標準方法沉積它們，我們得到了非常薄的層。 這就是為什麼我們稱這些感測器為“薄膜光電探測器感測器”，其中材料的吸收性比矽高得多。 它看起來像讀出電路頂部的煎餅。
SE：這與其他材料相比如何？
Malinowski：如果將其與矽二極體進行比較，它們需要更大的體積和更大的深度。 特別是對於這些較長的波長，它們會變得透明。 相比之下，薄膜光電探測器 （TFPD） 影象感測器具有一堆單片整合的材料，包括量子點有機材料等感光材料，這意味著它是乙個晶元。 矽的頂部沒有鍵合。 這種方法的問題在於，當您在金屬電極頂部整合這樣的光電二極體時，很難將雜訊降低到足夠低的水平，因為存在一些無法消除的固有雜訊源。
圖 2：薄膜光電探測器。 **imec
SE：你是怎麼解決這個問題的？
Malinowski：我們遵循了 80 年代末和 90 年代矽影象感測器的發展方式，推出了固定光電二極體。 您可以將轉換後的光子的光電二極體區域與讀數解耦。 我們引入了乙個額外的電晶體，而不僅僅是乙個與讀數接觸的薄膜吸收器。 這就是TFT，它負責完全耗盡結構，以便我們可以轉移該薄膜吸收器中產生的所有電荷，並通過該電晶體結構將它們轉移到讀出裝置。 通過這種方式，我們大大限制了雜訊源。
SE：為什麼雜訊是感測器設計中的乙個問題？
Malinowski：噪音是不同的。 雜訊可以是不需要的電子的總數，但這些電子可能來自不同的**或出於不同的原因。 有的與溫度有關，有的與晶元的不均勻性有關，有的與電晶體漏電有關，等等。 通過這種方法，我們正在研究與讀數相關的一些雜訊源。 對於所有的影象感測器，都會有噪點，但處理方式不同。 例如，iPhone 中的矽基感測器通過特定的讀出電路設計處理雜訊源，其架構的基礎可以追溯到 80 年代和 90 年代。 這是我們試圖用帶有薄場光電探測器的新型影象感測器複製的一點點。 這是舊設計技術在新型感測器上的應用。
SE：你希望這能用在**？？你提到了汽車。 它是否也適用於醫療裝置？
Malinowski：這項技術的最大推動力來自消費電子產品，例如智慧型手機。 如果使用更長的波長，則可以獲得較低的對比度，因為該波長處的光較少，或者您可以在大氣中看到該顏色的光。 它是增強的視覺，這意味著您可以看到比人眼看到的更多的東西，因此您的相機可以獲取更多資訊。 另乙個原因是更長的波長使其更容易通過某些顯示器。 承諾是，如果你有這種解決方案，你可以將感測器（例如Face ID）放在另乙個顯示器後面，這增加了顯示面積。
圖 3：增強的視野可提高安全性。 **imec
另乙個原因是，如果您使用更長的波長，您的眼睛將不那麼敏感——與近紅外波長相比，大約是五到六個數量級，這意味著您可以使用更強大的光源。 因此，您可以射擊更大的力量，這意味著您可以擁有更遠的射程。 對於汽車，您可以獲得額外的能見度，尤其是在惡劣的天氣條件下，例如在霧中。 對於醫療保健，它可以幫助推進小型化。 在某些應用中，例如內窺鏡檢查，現有技術使用其他材料和更複雜的整合，因此小型化是相當困難的。 使用量子點方法，您可以製作非常小的畫素，這意味著在緊湊的外形尺寸中具有更高的解像度。 這使得在保持高解像度的同時實現進一步的小型化成為可能。 此外，根據我們的目標波長，我們可以實現非常高的水對比度，這可能是食品行業感興趣的原因之一。 您可以更好地檢測穀物產品（如穀物）中的水分。
圖 4：潛在應用 **imec
SE：隨著弱光視覺的提高，它能有軍事應用嗎？
馬林諾夫斯基：例如，軍方已經使用這種感測器來探測雷射測距儀。 不同的是，軍方願意花20,000歐元購買相機。 在汽車或消費領域，他們甚至不考慮這項技術，正是出於這個原因。
SE：所以這裡的突破是，你可以擁有已經存在的東西，但你可以以消費者規模的定價來擁有它？
馬林諾夫斯基：沒錯。 由於小型化以及單片整合如何使您能夠公升級技術，因此您可以獲得消費級數量和**。
SE：您認為感測器技術還有哪些其他趨勢？
Malinowski：目前的討論點之一就是——超越可見光成像。 現有的技術已經非常適合拍照。 新的趨勢是感測器更加特定於應用。 輸出不需要很漂亮**。 它可以是特定資訊。 使用面容 ID，輸出實際上可以是 1 或 0。 手機已解鎖或已解鎖。 你不需要看到你的臉**。 還有一些有趣的模式出現，例如偏振成像儀，就像偏振眼鏡一樣。 經過一些反思，他們看得更清楚。 有基於事件的成像器，它們只觀察場景中的變化——例如，如果你研究機器的振動或計算經過商店的人數。 如果您有自動駕駛系統，則需要乙個警告，告訴您障礙物即將出現並且您應該剎車。 你不需要乙個漂亮的**。 這種趨勢意味著更多的碎片化，因為它更特定於應用程式。 它改變了人們設計影象感測器的方式，因為他們著眼於什麼對特定應用來說足夠好，而不是優化影象質量。 影象質量始終很重要，但有時您需要一些簡單的東西來完成工作。
SE：知道它是人還是樹重要嗎？還是知道您現在需要剎車就足夠了？
馬林諾夫斯基：在汽車行業，仍然存在爭議。 有些人想要對所有物件進行分類。 他們想知道是孩子、騎自行車的人還是樹。 有人說，“我只需要知道它是否擋住了路，因為我需要觸發剎車。 所以沒有乙個答案。
大國的科學技術在