**：内容由SemiEngineering编译自半导体行业观察（ID：icbank），谢谢。
IMEC项目经理Pawel Malinowski与半导体工程（SE）坐下来讨论传感器技术的变化及其原因。 以下是该讨论的摘录。
SE：传感器技术的下一步是什么？
Malinowski：我们正试图找到一种制造图像传感器的新方法，因为我们希望摆脱硅光电二极管的局限性。 硅是一种完美的材料，特别是如果你想再现人类的视觉，因为它对可见光波长很敏感，这意味着你可以做人眼做的事情。 现在这个领域正处于一个非常成熟的阶段。 每年售出约60亿个图像传感器。 这些芯片最终将出现在智能手机、汽车和其他应用的摄像头中。 它们是典型的标准图像传感器，具有硅基电路或电子元件和硅光电二极管。 他们基本上做红色、绿色和蓝色 （RGB） 复制品，这样我们就可以得到一个很好的**。 但是，如果你观察其他波长——例如紫外线或红外线——你会发现可见光中没有的现象或信息。 我们特别注意红外范围。 在那里，我们谈到了一个特定的范围，在一微米到两微米之间，我们称之为短波红外线。 有了这个范围，你就可以看穿东西了。 例如，您可以透过雾、烟或云进行看。 这对于汽车应用尤其重要。
SE：这项技术是否有任何即将到来的挑战或新的应用？
Malinowski：对于这个波长，你不能使用硅，因为它会变得透明。 例如，当您观察硅太阳能电池的裂纹时，这对缺陷检测来说很有趣。 有些材料有不同的对比。 在可见光范围内看起来完全相同的材料在短波红外线中可能具有不同的反射率，这意味着您可以获得更好的对比度，例如，在分拣塑料或分拣食物时。 还有其他应用，如图 1（底部）所示。 这是太阳穿过大气层的光的力量。 灰色在大气层之上，空白正在来到地球。 您将看到有一些最大值和最小值。 最小值与大气中的吸水率有关。 您可以在工作时使用此最小值，例如使用主动取消系统，这意味着您会发出一些光并检查反射回来的光。 这就是 Face ID 在 iPhone 上的工作方式：您发出光并检查返回的内容。 它们的工作波长约为 940 纳米。 如果您使用更长的波长（例如 1,400），您的背景会低得多，这意味着您可以获得更好的对比度。 如果选择仍然有很多光的波长，则可以将其与被动照明一起使用以获取其他信息，例如仍有一些光子的低光成像。
图 1：短波长红外线的可能性。 **imec
SE：你是怎么确定的？
Malinowski：我们正在研究的是如何访问这些波长。 由于其物理性质，硅对此不利。 传统的方法是键合，即采用另一种材料，例如砷化铟镓或碲化汞镉，并将其键合到读出电路上。 这是现有的艺术。 它广泛用于国防应用、军事和高端工业或科学领域。 它很贵。 由于粘接工艺和制造成本，使用这种技术制造的传感器通常要花费数千欧元。 你可以种植你需要的材料，比如锗，但这非常困难，而且在使噪音足够低方面存在一些问题。 我们使用第三种方法，即存储材料。 在这种情况下，我们使用有机材料或量子点。 我们采用可以吸收短波红外光或近红外光的材料，并用旋转涂层等标准方法沉积它们，我们得到了非常薄的层。 这就是为什么我们称这些传感器为“薄膜光电探测器传感器”，其中材料的吸收性比硅高得多。 它看起来像读出电路顶部的煎饼。
SE：这与其他材料相比如何？
Malinowski：如果将其与硅二极管进行比较，它们需要更大的体积和更大的深度。 特别是对于这些较长的波长，它们会变得透明。 相比之下，薄膜光电探测器 （TFPD） 图像传感器具有一堆单片集成的材料，包括量子点有机材料等感光材料，这意味着它是一个芯片。 硅的顶部没有键合。 这种方法的问题在于，当您在金属电极顶部集成这样的光电二极管时，很难将噪声降低到足够低的水平，因为存在一些无法消除的固有噪声源。
图 2：薄膜光电探测器。 **imec
SE：你是怎么解决这个问题的？
Malinowski：我们遵循了 80 年代末和 90 年代硅图像传感器的发展方式，推出了固定光电二极管。 您可以将转换后的光子的光电二极管区域与读数解耦。 我们引入了一个额外的晶体管，而不仅仅是一个与读数接触的薄膜吸收器。 这就是TFT，它负责完全耗尽结构，以便我们可以转移该薄膜吸收器中产生的所有电荷，并通过该晶体管结构将它们转移到读出设备。 通过这种方式，我们大大限制了噪声源。
SE：为什么噪声是传感器设计中的一个问题？
Malinowski：噪音是不同的。 噪声可以是不需要的电子的总数，但这些电子可能来自不同的**或出于不同的原因。 有的与温度有关，有的与芯片的不均匀性有关，有的与晶体管漏电有关，等等。 通过这种方法，我们正在研究与读数相关的一些噪声源。 对于所有的图像传感器，都会有噪点，但处理方式不同。 例如，iPhone 中的硅基传感器通过特定的读出电路设计处理噪声源，其架构的基础可以追溯到 80 年代和 90 年代。 这是我们试图用带有薄场光电探测器的新型图像传感器复制的一点点。 这是旧设计技术在新型传感器上的应用。
SE：你希望这能用在**？？你提到了汽车。 它是否也适用于医疗设备？
Malinowski：这项技术的最大推动力来自消费电子产品，例如智能手机。 如果使用更长的波长，则可以获得较低的对比度，因为该波长处的光较少，或者您可以在大气中看到该颜色的光。 它是增强的视觉，这意味着您可以看到比人眼看到的更多的东西，因此您的相机可以获取更多信息。 另一个原因是更长的波长使其更容易通过某些显示器。 承诺是，如果你有这种解决方案，你可以将传感器（例如Face ID）放在另一个显示器后面，这增加了显示面积。
图 3：增强的视野可提高安全性。 **imec
另一个原因是，如果您使用更长的波长，您的眼睛将不那么敏感——与近红外波长相比，大约是五到六个数量级，这意味着您可以使用更强大的光源。 因此，您可以射击更大的力量，这意味着您可以拥有更远的射程。 对于汽车，您可以获得额外的能见度，尤其是在恶劣的天气条件下，例如在雾中。 对于医疗保健，它可以帮助推进小型化。 在某些应用中，例如内窥镜检查，现有技术使用其他材料和更复杂的集成，因此小型化是相当困难的。 使用量子点方法，您可以制作非常小的像素，这意味着在紧凑的外形尺寸中具有更高的分辨率。 这使得在保持高分辨率的同时实现进一步的小型化成为可能。 此外，根据我们的目标波长，我们可以实现非常高的水对比度，这可能是食品行业感兴趣的原因之一。 您可以更好地检测谷物产品（如谷物）中的水分。
图 4：潜在应用 **imec
SE：随着弱光视觉的提高，它能有军事应用吗？
马林诺夫斯基：例如，军方已经使用这种传感器来探测激光测距仪。 不同的是，军方愿意花20,000欧元购买相机。 在汽车或消费领域，他们甚至不考虑这项技术，正是出于这个原因。
SE：所以这里的突破是，你可以拥有已经存在的东西，但你可以以消费者规模的定价来拥有它？
马林诺夫斯基：没错。 由于小型化以及单片集成如何使您能够升级技术，因此您可以获得消费级数量和**。
SE：您认为传感器技术还有哪些其他趋势？
Malinowski：目前的讨论点之一就是——超越可见光成像。 现有的技术已经非常适合拍照。 新的趋势是传感器更加特定于应用。 输出不需要很漂亮**。 它可以是特定信息。 使用面容 ID，输出实际上可以是 1 或 0。 手机已解锁或已解锁。 你不需要看到你的脸**。 还有一些有趣的模式出现，例如偏振成像仪，就像偏振眼镜一样。 经过一些反思，他们看得更清楚。 有基于事件的成像器，它们只观察场景中的变化——例如，如果你研究机器的振动或计算经过商店的人数。 如果您有自动驾驶系统，则需要一个警告，告诉您障碍物即将出现并且您应该刹车。 你不需要一个漂亮的**。 这种趋势意味着更多的碎片化，因为它更特定于应用程序。 它改变了人们设计图像传感器的方式，因为他们着眼于什么对特定应用来说足够好，而不是优化图像质量。 图像质量始终很重要，但有时您需要一些简单的东西来完成工作。
SE：知道它是人还是树重要吗？还是知道您现在需要刹车就足够了？
马林诺夫斯基：在汽车行业，仍然存在争议。 有些人想要对所有对象进行分类。 他们想知道是孩子、骑自行车的人还是树。 有人说，“我只需要知道它是否挡住了路，因为我需要触发刹车。 所以没有一个答案。
大国的科学技术在