新型數字圖像傳感器

　　日前，南開(kāi)大學(xué)校友、美國阿拉巴馬大學(xué)華人教授宋金會(huì )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字圖像傳感器像素尺寸為1000納米的極限。

　　超高分辨率的數字圖像傳感器對于科研探索、工業(yè)生產(chǎn)、人類(lèi)生活、國防軍工等廣泛領(lǐng)域具有重大的價(jià)值與意義。然而，如何通過(guò)減小像素尺寸來(lái)提高數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，數字圖像傳感器CCD(Charge-coupledDevice，電荷耦合器件)和CMOS(ComplementaryMetalOxideSemiconductor，互補金屬氧化物半導體)的最小像素尺寸分別是1.43微米和1.12微米。由于受半導體薄膜材料物理性質(zhì)與數字圖像傳感器傳統結構的限制，這樣的像素尺寸已經(jīng)接近物理極限。若繼續縮小，像素將失去感光能力，不再具備有效的圖像傳感功能。

　　宋金會(huì )指出，僅通過(guò)對原器件材料和構架的改進(jìn)，難以突破當前數字圖像傳感器的分辨率，還需要從原理、傳感器材料與結構進(jìn)行徹底革新。為此，他帶領(lǐng)科研團隊采用“有源元器件”原理，把光強直接轉換為放大的電信號，研發(fā)全新的三維納米半導體光電材料和三維器件結構，成功將數字圖像傳感器像素尺寸從1000納米降至50納米。

　　據宋金會(huì )介紹，他與科研團隊首先定義了一個(gè)新的數字電路基本元件，光子場(chǎng)效應管(PET，PhotonEffectTransistor)，這一發(fā)明實(shí)現了光強傳感和放大雙重功能。在光子場(chǎng)效應管的基礎上，科研團隊利用現有實(shí)驗室和工業(yè)化的雙重加工技術(shù)，進(jìn)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，是現在傳感器的10000($0.1020)倍，這意味著(zhù)未來(lái)數字相機、數字攝像機將拍攝出更加清晰、細致的圖像畫(huà)面。

　　接下來(lái)，宋金會(huì )與科研團隊將在這一新型數字圖像傳感器的基礎上，研究全彩色、高響應速度的超高精度數字圖像傳感器，以此推進(jìn)其在光學(xué)、電子、通信等相關(guān)基礎科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域中的應用。

　　宋金會(huì )于1994年從遼寧省考入南開(kāi)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(jìn)入美國阿拉巴馬大學(xué)任教。他長(cháng)期致力于納米科技的研究與應用，獲得了多項美國專(zhuān)利。迄今為止撰寫(xiě)5部專(zhuān)業(yè)書(shū)籍章節，在國際專(zhuān)業(yè)期刊上發(fā)表科技論文50余篇，被引用次數近8000次，h因子達34。

　　新型圖像傳感器，增加清晰度加強圖像質(zhì)量，都起到了非常關(guān)鍵性的作用。