受量子薄膜技術(shù)威脅，CMOS影像傳感器地位不保

就像是“膠卷”已經(jīng)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(huì)讓數(shù)碼相機(jī)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(guò)不同于底片所使用的銀顆粒，其所嵌入的粒子是量子點(diǎn)(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(hào)稱是革命性的，但實(shí)際上只是漸進(jìn)式變化(incremental changes)；不過(guò)InVisage的量子薄膜真的是革命性的發(fā)明。”市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)Strategies Unlimited的光子與化合物半導(dǎo)體業(yè)務(wù)總監(jiān)Tom Hausken表示：“數(shù)年來(lái)產(chǎn)業(yè)界一直在尋找量子點(diǎn)可運(yùn)用的地方，InVisage找到了一個(gè)非常適合用量子點(diǎn)作為解決方案的題目。”

另一家市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)Semico Research的策略性技術(shù)副總裁Morry Marshall則表示，InVisage可望催生新一代的影像傳感器。“該種薄膜能收集更多光線，因此能為低端手機(jī)相機(jī)制作較小型的影像傳感器，或是為高端數(shù)碼相機(jī)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(lái)市場(chǎng)也很龐大，不過(guò)小公司要闖蕩大市場(chǎng)，還需要克服很多困難。

該種新型半導(dǎo)體材料是由現(xiàn)任InVisage技術(shù)長(zhǎng)的多倫多大學(xué)(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(dǎo)體聚合物；而InVisage花費(fèi)過(guò)去三年的時(shí)間將該材料與標(biāo)準(zhǔn)CMOS制程進(jìn)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?cái)?shù)字影像，卻不需要使用制作大多數(shù)傳統(tǒng)數(shù)碼相機(jī)傳感器所需的、昂貴的CMOS光電偵測(cè)器(photodetectors)。

“我們的量子薄膜可取代用以擷取影像的硅芯片，不過(guò)實(shí)際上我們所創(chuàng)造出的是一種半導(dǎo)體新材料；”InVisage總裁暨執(zhí)行長(zhǎng)Jess Lee表示：“我們的量子薄膜甚至看起來(lái)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(dǎo)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(diǎn)尺寸來(lái)做調(diào)整；該薄膜也能在室溫下進(jìn)行涂布，不需要生產(chǎn)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(diǎn)薄膜能涂布在各種表面上，其第一代產(chǎn)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(jià)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(dá)到硅晶圓上的光偵測(cè)器；不過(guò)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(jīng)以背面照度(BSI)技術(shù)改善CMOS影像傳感器的光線擷取程序，但Lee表示(他曾擔(dān)任OmniVision的主流業(yè)務(wù)副總裁)，BSI僅能轉(zhuǎn)換八成的入射光線，主要是因?yàn)橄袼嘏c像素之間得加入溝槽來(lái)防止傳感器的串?dāng)_。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(jià)的臺(tái)積電1.1微米8吋晶圓CMOS制程，生產(chǎn)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(diǎn)12吋晶圓制程，其表現(xiàn)還較遜。

未來(lái)InVisage也打算切入其他專業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，例如全黑夜視鏡、低價(jià)太陽(yáng)能電池，甚至噴霧式顯示器(spray-on display )等。