發明量子薄膜威脅CMOS影像感測器地位

就像是大多數照相底片已經被影像晶片所取代，一種新研發的量子薄膜(quantum film)可能會讓數位相機裡的CMOS影像感測器位置不保。

該種薄膜是以類似傳統底片的材料所製成，即一種具備嵌入粒子的聚合物；不過不同於底片所使用的銀顆粒，其所嵌入的粒子是量子點(quantum dots)。據發明該薄膜的公司InVisage表示，量子薄膜能反映解析度更高的影像，敏感度是超高解析度影像感測器的四倍，而且製造成本還便宜得多。
「很多創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明。」市場研究機構Strategies Unlimited的光子與化合物半導體業務總監Tom Hausken表示：「數年來產業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感測器。「該種薄膜能收集更多光線，因此能為低價手機相機製作較小型的影像感測器，或是為高階數位相機製作解析度更高的影像感測器；」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任InVisage技術長的多倫多大學(Univeristy of Toronto)教授Ted Sargent所發明，他最佳化了一種方法將硫化鉛(lead-sulfide)奈米粒子懸浮在聚合物陣列中，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製程進行整合。

現在該公司能將量子薄膜塗佈在具備電極陣列(electrode array)的低成本晶圓片上，就可支援超高密度/高像素數影像，卻不需要使用製作大多數傳統數位相機感測器所需的、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矽晶片，不過實際上我們所創造出的是一種半導體新材料；」InVisage總裁暨執行長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晶片最頂層的、不透光的黑色材料。」

不同於傳統半導體元件擁有固定的能隙(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塗佈，不需要生產傳統感測器必備的昂貴高溫製程。

Lee表示，該公司的量子點薄膜能塗佈在各種表面上，其第一代產品是以矽晶圓片為底，是一種可以取代CMOS影像感測器的超低價影像感測器。

在傳統CMOS影像感測器，光線需要滲入數微米(4~5micron)的金屬才能達到矽晶圓上的光偵測器；不過InVisag的量子薄膜(厚度約僅500奈米)是在晶片的最頂層，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(back-side illumination，BSI)技術改善CMOS影像感測器的光線擷取程序，但Lee表示(他曾擔任OmniVision的主流業務副總裁)，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感測器的串擾。而另一方面，量子薄膜則是能在晶片頂層擷取100%的光線。

InVisage聲稱，可利用該種新材料以低價的台積電1.1微米8吋晶圓CMOS製程，生產敏感度是現有感測器四倍(或者是尺寸僅四分之一、但敏感度相同)的新一代感測器；而目前的 CMOS影像晶片供應商大多是採用昂貴的65奈米節點12吋晶圓製程，其表現還較遜。

未來InVisage也打算切入其他專業應用領域，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。

(參考原文：Quantum film threatens to replace CMOS image chips，by R. Colin Johnson)