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近日，在美國加利福尼亞州舊金山舉行的國際電子器件會議（IEEE IEDM 2023）上，比利時納米電子學和數(shù)字技術研究與創(chuàng)新中心imec展示了一種“在300mm晶圓上使用標準后端制造工藝來實現(xiàn)以亞微米像素尺寸分離顏色”新方法。

imec表示，該技術有望提升攝像頭的性能——提供更高的信噪比、增強的色彩質量以及的空間分辨率。

設計下一代CMOS圖像傳感器需要在收集所有入射光子、實現(xiàn)低至光子尺寸或衍射極限的分辨率、準確記錄光顏色之間取得平衡。

像素上集成拜爾（Bayer）濾色鏡的傳統(tǒng)CMOS圖像傳感器在結合所有三個要求方面仍然受到限制。雖然較高的像素密度會提高整體圖像分辨率，但較小的像素捕獲的光子更少，并且容易出現(xiàn)因從相鄰像素插值顏色值而產(chǎn)生的偽影。

盡管基于衍射的分色器代表了提高顏色靈敏度和捕獲光子方面的飛躍，但它們仍然無法提高圖像分辨率。

imec現(xiàn)在提出了一種全新的方法，使用標準后端制造工藝以亞微米像素尺寸（即超出基本阿貝衍射極限）分離顏色。據(jù)說該新方法通過收集幾乎所有的光子、利用非常小的像素提高分辨率以及真實地渲染顏色，為下一代CMOS圖像傳感器“勾選了所有的選項方框”。

為了實現(xiàn)這一目標，imec研究人員在SiO2基質中構建了垂直Si3N4多模波導陣列。該波導具有錐形、衍射極限尺寸的配置，用于收集所有的入射光。

imec科學主任Jan Genoe教授說道：“在每個波導中，入射光子都會激發(fā)對稱和非對稱模式，它們以不同的方式通過波導傳播，從而導致給定頻率的兩種模式之間出現(xiàn)的‘拍頻’模式。這種拍頻模式可以在波導末端實現(xiàn)與特定顏色相對應的空間分離。”

imec表示，每個波導的總輸出光預計可達到人類色彩感知范圍（波長范圍400-700nm）內的90%以上，這使其優(yōu)于現(xiàn)有的拜耳濾色鏡。

imec主要技術人員Robert Gehlhaar表示：“由于該技術與標準300mm晶圓制造兼容，因此可以經(jīng)濟高效地生產(chǎn)分色器。這使得高分辨率CMOS圖像傳感器能夠進一步發(fā)展，最終目標是檢測每個入射光子及其屬性。

imec表示：“我們的目標是成為具有衍射極限分辨率的彩色成像的未來標準制定者。歡迎行業(yè)合作伙伴加入我們，共同邁向CMOS圖像傳感器的未來之路。”