受量子薄膜技術威脅，CMOS影像傳感器地位不保

就像是“膠卷”已經幾乎消失在大眾視野里一樣，一種新研發(fā)的量子薄膜(quantum film)可能會讓數(shù)碼相機里的CMOS影像傳感器位置不保。

該種薄膜是以類似傳統(tǒng)底片的材料所制成，即一種具備嵌入粒子的聚合物；不過不同于底片所使用的銀顆粒，其所嵌入的粒子是量子點(quantum dots)。據(jù)發(fā)明該薄膜的公司InVisage表示，量子薄膜能反映分辨率更高的影像，敏感度是超高分辨率影像傳感器的四倍，而且制造成本還便宜得多。

“很多創(chuàng)新都號稱是革命性的，但實際上只是漸進式變化(incremental changes)；不過InVisage的量子薄膜真的是革命性的發(fā)明。”市場研究機構Strategies Unlimited的光子與化合物半導體業(yè)務總監(jiān)Tom Hausken表示：“數(shù)年來產業(yè)界一直在尋找量子點可運用的地方，InVisage找到了一個非常適合用量子點作為解決方案的題目�！�

另一家市場研究機構Semico Research的策略性技術副總裁Morry Marshall則表示，InVisage可望催生新一代的影像傳感器�！霸摲N薄膜能收集更多光線，因此能為低端手機相機制作較小型的影像傳感器，或是為高端數(shù)碼相機制作分辨率更高的影像傳感器；”他表示，該公司跨出了很大的一步，未來市場也很龐大，不過小公司要闖蕩大市場，還需要克服很多困難。

該種新型半導體材料是由現(xiàn)任InVisage技術長的多倫多大學(Univeristy of Toronto)教授Ted Sargent所發(fā)明，他優(yōu)化了一種方法將硫化鉛(lead-sulfide)納米粒子懸浮在聚合物數(shù)組中，以形成一系列新的半導體聚合物；而InVisage花費過去三年的時間將該材料與標準CMOS制程進行整合。

現(xiàn)在該公司能將量子薄膜涂布在具備電極數(shù)組(electrode array)的低成本晶圓片上，就可支持超高密度/高像素數(shù)字影像，卻不需要使用制作大多數(shù)傳統(tǒng)數(shù)碼相機傳感器所需的、昂貴的CMOS光電偵測器(photodetectors)。

“我們的量子薄膜可取代用以擷取影像的硅芯片，不過實際上我們所創(chuàng)造出的是一種半導體新材料；”InVisage總裁暨執(zhí)行長Jess Lee表示：“我們的量子薄膜甚至看起來像照相底片，是一種我們將之沉積在影像芯片最頂層的、不透光的黑色材料�！�

不同于傳統(tǒng)半導體組件擁有固定的能隙(bandgap)，InVisage的量子薄膜之能隙能藉由改變所嵌入的量子點尺寸來做調整；該薄膜也能在室溫下進行涂布，不需要生產傳統(tǒng)傳感器必備的昂貴高溫制程。

Lee表示，該公司的量子點薄膜能涂布在各種表面上，其第一代產品是以硅晶圓片為底，是一種可以取代CMOS影像傳感器的超低價影像傳感器。

在傳統(tǒng)CMOS影像傳感器，光線需要滲入數(shù)微米(4~5micron)的金屬才能達到硅晶圓上的光偵測器；不過InVisag的量子薄膜(厚度約僅500納米)是在芯片的最頂層，因此能夠百分之百曝露在入射光線中。

雖然OmniVision曾經以背面照度(BSI)技術改善CMOS影像傳感器的光線擷取程序，但Lee表示(他曾擔任OmniVision的主流業(yè)務副總裁)，BSI僅能轉換八成的入射光線，主要是因為像素與像素之間得加入溝槽來防止傳感器的串擾。而另一方面，量子薄膜則是能在芯片頂層擷取100%的光線。

InVisage聲稱，可利用該種新材料以低價的臺積電1.1微米8吋晶圓CMOS制程，生產敏感度是現(xiàn)有傳感器四倍(或者是尺寸僅四分之一、但敏感度相同)的新一代傳感器；而目前的 CMOS影像芯片供貨商大多是采用昂貴的65納米節(jié)點12吋晶圓制程，其表現(xiàn)還較遜。

未來InVisage也打算切入其他專業(yè)應用領域，例如全黑夜視鏡、低價太陽能電池，甚至噴霧式顯示器(spray-on display )等。