Yığılmış renk sensörü: yüksek renk doğruluğu ve basit üretim süreci!
Kılavuz
Son zamanlarda İsviçreli araştırmacılar, kırmızıya duyarlı, maviye duyarlı ve yeşile duyarlı renk sensörlerinin üst üste istiflendiği bir sensör prototipi geliştirdiler.Işığı absorbe etme etkisi neredeyse optimal ve son derece yüksek renk doğruluğuna sahip. Üretimi kolaydır.
Anahtar kelime
Perovskite, malzemeler, sensörler
arka fon
İnsan gözünün üç farklı duyu hücresi vardır: kırmızı, yeşil ve mavinin üç rengine duyarlıdır ve ardından bu bilgileri genel bir renkli görüntü oluşturmak için birleştirir. Bir cep telefonunun kamerası gibi görüntü sensörleri benzer şekilde çalışır: mavi, yeşil ve kırmızı sensörler mozaik görüntüler biçiminde dönüşümlü olarak çalışır. Akıllı yazılım algoritmaları, tek tek renk piksellerinden yüksek çözünürlüklü renkli görüntüleri hesaplar.
(Resim kaynağı: Empa)
Bununla birlikte, bu ilkenin bazı doğal sınırlamaları da vardır: Her bir piksel ayrıca spektrumun küçük bir bölümünü emebilir ve ışığın çoğu kaybolur. Ek olarak, temelde sensör minyatürleştirme sınırına ulaştı ve "renkli moiré efekti" olarak da bilinen gereksiz görüntü paraziti oluşacaktır Bu paraziti görüntüden çıkarmak için çaba gösterilmelidir.
Yenilikçilik
Kırmızıya duyarlı, maviye duyarlı ve yeşile duyarlı renk sensörleri, bir mozaik desen gibi bir arada düzenlenmek yerine üst üste dizilir. Bu tasarım prensibi sayesinde, görüntü sensörümüz benzeri görülmemiş çözünürlük ve ışık hassasiyeti elde edebilir. Ancak şimdiye kadar gerçek beklentileri tam olarak karşılamadı.
(Resim kaynağı: Empa)
Son zamanlarda, İsviçre Federal Malzeme Test ve Geliştirme Enstitüsü'ndeki (Empa) araştırmacılar, ışığı neredeyse en iyi şekilde emen, yüksek renk doğruluğuna sahip ve ayrıca üretimi çok kolay olan yeni bir sensör prototipini başarıyla geliştirdiler.
teknoloji
Bu etkiyi elde etmek için, araştırmacılar birkaç yıldır çalışıyor ve bu sensörleri yan yana koymak yerine istiflemek için çok çalıştılar. Tabi bu, üstteki sensörlerin absorbe etmedikleri ışık frekanslarını aşağıdaki sensörlere geçirebilmelerini gerektirir. 1990'ların sonunda, bu sensör ilk üretildi. Üç silikon katmandan oluşan bir yığından oluşur, her katman yalnızca bir rengi emer.
Bu aslında ticari görüntü sensörlerini getiriyor. Ancak piyasada bu yöntem başarılı değildir çünkü farklı katmanların absorpsiyon spektrumları yeterince benzersiz değildir.Yeşil ve kırmızı ışık, maviye duyarlı katman tarafından kısmen absorbe edilerek, bulanık renkler ve sıradan ışık sensörlerinden daha düşük hassasiyetle sonuçlanır. Ek olarak, bu tür ışık emici silikon tabakaların üretilmesi için üretim süreci karmaşık ve pahalıdır.
Yeni sensör prototipi bu sorunları aşabilir. Üç tür perovskit içerir. Perovskite, son yıllarda giderek daha önemli hale gelen yarı iletken bir malzemedir.Örneğin, yeni güneş pillerinin geliştirilmesi, mükemmel elektriksel özelliklerinden ve ışık emme kapasitesinden yararlanır. Perovskite'in özellikleri ve uygulamalarına gelince, yazar önceki makalelerde birçok kez tanıttı, bu yüzden burada tekrar etmeyeceğim.
Perovskite, spektrumun bir kısmını absorbe edebilen, ancak spektrumun geri kalanına şeffaf kalabilen benzersiz bir bileşim içerir. İsviçre Federal Malzeme Test ve Geliştirme Enstitüsü'nden araştırmacılar ve Zürih İsviçre Federal Teknoloji Enstitüsü'ndeki Maksym Kovalenko araştırma grubundan araştırmacılar, tek piksel boyutunda bir renk sensörü oluşturmak için bu prensibi kullandılar. Araştırmacılar, son derece yüksek renk doğruluğu ile basit tek boyutlu ve daha pratik iki boyutlu görüntüleri yeniden üretebilirler.
(Resim kaynağı: referans [2])
(Resim kaynağı: referans [2])
değer
Bu şemanın avantajları açıktır: absorpsiyon spektrumu önemli ölçüde farklıdır ve renk tanıma silikondan daha doğrudur. Ayrıca perovskitte, özellikle daha yüksek dalga boylu (yeşil ve kırmızı) ışık bileşenleri için absorpsiyon katsayısı, silikondakinden çok daha yüksektir. Bu nedenle, bu katmanlar büyük ölçüde azaltılabilir ve bu da daha küçük piksel boyutlarına yol açar. Bu, sıradan kamera sensörleri için önemli değildir; ancak, spektroskopi gibi diğer analiz teknikleri için daha yüksek uzamsal çözünürlük sağlayabilir. Bu perovskit, nispeten ucuz bir işlemle üretilebilir.
gelecek
Bununla birlikte, bu prototipi daha da geliştirmek ve ticari bir görüntü sensörü yapmak için daha fazla iş yapılması gerekiyor. Temel çalışma şunları içerir: piksellerin minyatürleştirilmesi ve tüm piksel matrisinin tek adımlı bir üretim yönteminin geliştirilmesi. Kovalenko'ya göre, bu mevcut teknoloji ile mümkün olmalı.
Referans
[1] https://www.empa.ch/web/s604/farbsensor
2 Sergii Yakunin, Yevhen Shynkarenko, Dmitry N Dirin, Ihor Cherniukh, Maksym V Kovalenko. Tam renkli görüntüleme için çözelti ile büyütülmüş perovskit tekli kristalleri ile yayılmayan dahili optik filtreleme . NPG Asia Materials, 2017; 9 (9): e431 DOI: 10.1038 / am.2017.163
Daha ileri teknolojiler ve yenilikçi ürünler için lütfen WeChat herkese açık hesabını takip edin: IntelligentThings veya yazarın kişisel WeChat ile iletişime geçin: JohnZh1984
