Меньше пикселей при прежнем качестве
Наука и космос313:22
Ученые из Университета Нагои (Япония) создали новый тип прозрачных фотосенсоров, основанных на оксиде цинка с добавлением галлия (GZO). Эта новая технология позволяет одному пикселю одновременно улавливать красный, зеленый и синий цвета, что потенциально может значительно уменьшить размеры сенсоров изображений без ухудшения качества картинки.
На сегодняшний день большинство цифровых камер используют массив Байера: каждый пиксель сенсора фиксирует лишь один цвет — красный, зеленый или синий. Затем специальное программное обеспечение восстанавливает полное изображение, анализируя данные от соседних пикселей. Данный подход требует большого числа элементов на матрице и ограничивает возможности миниатюризации камер.
Японские ученые предложили иной принцип работы. Их нанолисты из GZO способны улавливать весь видимый спектр одновременно, а несколько прозрачных слоев, расположенных друг над другом, позволяют разделять цветовые компоненты без необходимости использования традиционного цветового фильтра.
По расчетам исследователей, если каждый пиксель сможет самостоятельно определять все три основных цвета, количество элементов на сенсоре можно будет уменьшить примерно на 75% при сохранении прежнего разрешения. Это открывает возможности для создания более компактных камер для смартфонов, медицинских эндоскопов, носимой электроники и других устройств с ограниченным пространством.
Одним из главных достоинств нового материала стала его почти полная прозрачность. Каждый слой нанолистов пропускает около 99,995% видимого света, поэтому несколько фоточувствительных элементов можно располагать один над другим, не создавая значительных потерь изображения.
Тем не менее, обычный оксид цинка практически не реагирует на видимый свет, что делает его малопригодным для фотосенсоров. Чтобы изменить это свойство, ученые добавили в материал галлий. Легирование изменило электронную структуру оксида цинка и создало дополнительные энергетические состояния, благодаря которым материал стал более эффективно преобразовывать свет в электрический сигнал.
Несмотря на то, что в электричество преобразуется лишь около 0,005% поглощенной энергии света, экспериментальный сенсор продемонстрировал чувствительность до 800 А/Вт. Для сравнения, у многих современных коммерческих фотодатчиков этот показатель составляет примерно 10 А/Вт.
Опытный образец состоит из нескольких прозрачных слоев, которые работают совместно. Первый слой фиксирует весь видимый диапазон, второй, после фильтрации красного света, отвечает за зеленую и синюю составляющие, а третий выделяет только синий цвет. Такой принцип частично напоминает работу человеческого глаза, где разные типы светочувствительных клеток воспринимают отдельные диапазоны света, а затем мозг объединяет их в цветное изображение.
Помимо высокой чувствительности, GZO-сенсоры показали впечатляющую устойчивость. Они сохраняли работоспособность при температурах до 400°C, в условиях вакуума и при высокой влажности. Это делает технологию потенциально интересной не только для смартфонов, но и для автомобильной электроники, промышленного оборудования и космических систем.
Еще одним преимуществом разработки стал относительно простой процесс изготовления. По словам исследователей, новые сенсоры можно производить при комнатной температуре, что в будущем может снизить стоимость их массового производства.
Технология пока находится на стадии лабораторного прототипа, однако ученые полагают, что прозрачные многослойные сенсоры могут стать основой нового поколения камер — более компактных, чувствительных и эффективных, чем современные решения.
DexterИсточники:Phys.orgНаука и космос3Наука13:22
Источник