Китайский Пекинский технологический институт разработал змееподобную 4K-КМОП-систему инфракрасной визуализации

Репортаж от Wedoany，Исследователи из Пекинского технологического института (Китай) создали искусственную зрительную систему, способную записывать изображения в коротковолновом и средневолновом инфракрасном диапазоне с разрешением 4K — спектральном диапазоне, недоступном для традиционных кремниевых камер.

Технология описана в журнале Light: Science & Applications. Система объединяет КМОП-сенсор с преобразователем, который переводит инфракрасное излучение в видимый свет, позволяя обрабатывать информацию с помощью базовой платформы, уже используемой в большинстве цифровых камер.

По словам авторов, решение направлено на преодоление ограничений высокопроизводительной инфракрасной визуализации. Традиционные методы часто требуют специфических материалов, более сложной архитектуры и во многих случаях — систем охлаждения для снижения шума сигнала. Исследовательская группа интегрировала преобразователь непосредственно в КМОП-сенсор. КМОП — это зрелая базовая платформа в индустрии электронной визуализации, широко применяемая в цифровых камерах, смартфонах, системах наблюдения и устройствах компьютерного зрения.

Система обеспечивает разрешение 3840×2160 пикселей (стандарт 4K) с шагом пикселя 1,55 микрона. В научной публикации отмечается, что такая интеграция позволяет проводить визуализацию в коротковолновом и средневолновом инфракрасном диапазоне при комнатной температуре без криогенного охлаждения — технологии, используемой в некоторых профессиональных инфракрасных детекторах.

Технология вдохновлена лицевыми ямками некоторых видов змей. Эти структуры чувствительны к инфракрасному излучению, исходящему от теплых тел, и помогают змеям воспринимать тепловые сигналы в условиях слабого освещения. Исследовательская группа адаптировала этот биологический принцип в электронное решение на основе оптического преобразования.

Традиционные КМОП-сенсоры имеют фундаментальные ограничения при захвате длин волн за пределами видимого диапазона электромагнитного спектра. Чтобы преодолеть это ограничение, исследователи использовали коллоидные квантовые точки из теллурида ртути. Этот материал способен поглощать инфракрасное излучение в более длинноволновой части спектра. Квантовые точки организованы в барьерные гетеропереходы, предназначенные для снижения темнового тока — шума, связанного с теплом. Архитектура также включает слои оксида цинка и полимера P3HT, которые блокируют нежелательные заряды, не препятствуя переносу носителей полезного сигнала.

Устройство не только обнаруживает инфракрасное излучение, но и преобразует его в видимое свечение, позволяя КМОП-сенсору записывать информацию, обычно выходящую за пределы его диапазона чувствительности. Команда сообщает, что преобразователь был интегрирован в КМОП-сенсор на уровне пластины, включая 8-дюймовую кремниевую пластину.

В ходе демонстрации система генерировала изображения в коротковолновом и средневолновом инфракрасном диапазоне с разрешением 4K и частотой 120 кадров в секунду. Платформа также использовалась для просмотра сквозь кремниевые пластины и создания тепловых изображений источников тепла. Спектральная чувствительность системы простирается от видимой области до 4,5 микрон в средневолновом инфракрасном диапазоне, что, по данным исследования, примерно в 14 раз превышает диапазон, обычно доступный традиционным кремниевым камерам.

Авторы перечисляют возможные области применения технологии: автономное вождение, промышленный контроль, интеллектуальное производство, медицинская диагностика, безопасность пищевых продуктов, газовая сенсорика и ночное видение. Однако технология пока находится в рамках научных исследований; в работе не указаны сроки внедрения в потребительские устройства, конечная стоимость или коммерческие планы.

В исследовании также отмечается, что для массового внедрения остаются проблемы долговечности, однородности производства, себестоимости и интеграции в конечные системы. Процесс с использованием ртутьсодержащего материала (теллурида ртути) также требует безопасных процедур изготовления, герметизации, контроля окружающей среды и утилизации отработанных компонентов.

Данный материал скомпилирован платформой Wedoany. При цитировании материалов, созданных с помощью искусственного интеллекта (ИИ), необходимо обязательно указывать источник — «Wedoany». В случае выявления нарушения прав или иных проблем просим своевременно информировать нас. Сайт оперативно внесёт изменения или удалит материал.Электронная почта: news@wedoany.com