Superszybkie i czułe przetworniki obrazu CMOS

Superszybkie i czułe przetworniki obrazu CMOS

Niemieccy naukowcy z Fraunhofer Institute for Microelectronic Circuits and Systems (IMS) opracowali metodę, która pozwoli wykorzystać niedrogie czujniki optyczne CMOS do zaawansowanych zastosowań wymagających dużej czułości.

Stworzyli oni element optoelektroniczny, który podczas tworzenia obrazów dla aplikacji charakteryzujących się słabym oświetleniem, jak astronomia czy detekcja promieniowania roentgenowskiego, oferuje szybsze przetwarzanie danych.

Dzisiejsze aparaty cyfrowe wykorzystują najczęściej przetworniki obrazu CMOS, które są tańsze w produkcji oraz zużywają mniej energii niż inne technologie.

Jednakże podczas gdy inne elementy elektroniki staja się coraz mniejsze, optyczne chipy CMOS są ograniczone, gdyż wymagają one pikseli dostatecznie dużych, by mogły zarejestrować one dostateczną ilość informacji.

Fotodiody PPD (pinned photodiodes) wykorzystywane są zwykle do przetwarzania sygnałów świetlnych na pulsy elektryczne i do przetwarzania obrazu, jednakże są zbyt wolne, by radzić sobie z pikselami określonej wielkości przy słabym oświetleniu.

Dlatego naukowcy sięgnęli po nowy element nazywany fotodetektorem LDPD (lateral-drift field photodetector), który rejestruje elektrony w inny sposób, zapewniając znacznie szybsze odczyty.

„W elemencie tym, nośniki ładunku wygenerowane przez światło poruszają się z dużą prędkością do elementu rejestrującego.” – stwierdził Werner Brockherde z Fraunhofer. „Elektrony w PPD docierają do elementu rejestrującego rozproszone a proces ten jest na tyle powolny, że metoda ta jest niedostateczna dla wielu aplikacji.” – dodał.

„Dzięki wewnętrznemu polu elektrycznemu obszaru fotoaktywnego elementu, przyspieszyliśmy ten proces stukrotnie.” – stwierdził Brockherde.

Naukowcy wykorzystali swoje odkrycie i zbudowali prototyp nowego przetwornika obrazu CMOS dużej prędkości.

Obok astronomii, spektroskopii czy zdjęć roentgenowskich, nowe czujniki mogą zostać wykorzystane w czujnikach 3D, które będą precyzyjnie rejestrować swoje otoczenie.

(lk)