科技日報記者 張佳欣
瑞士蘇黎世聯邦理工學院與瑞士聯邦材料科學與技術研究所聯合團隊開發出基于鈣鈦礦的新型圖像傳感器，實現了紅、綠、藍像素層的垂直堆疊，大幅提升了光利用效率和空間分辨率。這項成果發表于最新一期《自然》雜志。
圖像傳感器是智能手機和數碼相機不可或缺的核心元件。它們分辨顏色的方式與人眼相似。在人眼視網膜中，單個視錐細胞分別識別紅色、綠色和藍色。在圖像傳感器中，單個像素吸收相應波長的光，并將其轉化為電信號。目前絕大多數圖像傳感器由硅制成，然而，硅傳感器中的每個像素只能吸收約三分之一的入射光。
新開發的圖像傳感器基于鹵化鉛鈣鈦礦。這種晶體材料同樣是一種半導體。與硅不同的是，它特別易于加工，而且其物理特性可通過具體的化學組成進行調整。
當鈣鈦礦中含有更多碘離子時，它能夠吸收紅光；如果添加更多溴元素，則能吸收綠光；加入更多氯元素，則能吸收藍光。整個過程中無需任何濾光片，并且，這些鈣鈦礦像素層對其他波長仍然是透明的，允許它們穿透。這意味著紅、綠、藍像素可在圖像傳感器中垂直堆疊，而不像硅圖像傳感器那樣只能并排排列。
得益于這種結構設計，鈣鈦礦圖像傳感器理論上可捕捉到比同面積傳感器多3倍的光，同時帶來3倍的空間分辨率優勢。團隊制造出兩款功能完善的鈣鈦礦薄膜圖像傳感器原型。實驗證明，鈣鈦礦傳感器對光更敏感，顏色還原更精確，分辨率也遠高于傳統硅技術。每個像素都能接收所有光線，也避免了數字攝影中的一些偽影問題，比如“去馬賽克處理”和摩爾紋效應。
目前兩款原型的像素尺寸在0.5毫米到1毫米之間，而商用圖像傳感器的像素尺寸在微米級。未來團隊將進一步縮小鈣鈦礦圖像傳感器的像素尺寸。
