Максим Коваленко и его команда, связанная с ETH Zurich и Empa, разработал новый сенсор изображения, в котором используется перовскит. В отличие от традиционных датчиков, в которых отдельные пиксели предназначены для распознавания красного, зеленого и синего цветов, датчики на основе перовскита могут полностью отказаться от цветовых фильтров, что позволяет им утроить разрешение и собирать больше света.
Типичные кремниевые полупроводниковые датчики изображения работают аналогично человеческому глазу: отдельные клетки распознают разные цвета, такие как красный, зеленый и синий. Поскольку полупроводниковый материал поглощает свет во всем видимом спектре, производители добавляют RGB-фильтры над пикселями, чтобы они работали подобно человеческим глазам. Но каждый раз, когда применяется фильтр, он блокирует два других цвета, что означает, что каждый пиксель в кремниевом датчике изображения получает около трети доступного света.
Команда Максима Коваленко предложили новый подход, который позволил бы использовать каждый фотон света. В течение последних 10 лет они разрабатывали так называемые перовскитные датчики, и благодаря недавно опубликованным исследованиям они доказали, что это работает.
«Основой инновационного датчика изображения является перовскит. Этот кристаллический материал также является полупроводником. В отличие от кремния, он особенно легко поддается обработке, а его физические свойства варьируются в зависимости от точного химического состава. Именно этим и пользуются исследователи при производстве перовскитных датчиков изображения», — объясняется в пресс-релизе, посвященном опубликованному исследованию.
«Если перовскит содержит немного больше ионов йода, он поглощает красный свет. Для зеленого цвета исследователи добавляют больше брома, для синего — больше хлора, при этом не требуется никаких фильтров. Слои перовскитных пикселей остаются прозрачными для других длин волн, пропуская их. Это означает, что пиксели для красного, зеленого и синего цветов могут быть расположены друг над другом в датчике изображения, в отличие от кремниевых датчиков изображения, где пиксели расположены рядом друг с другом».
Хотя это пока еще остается в теории, поскольку датчик находится на ранней стадии разработки, благодаря возможности наложения слоев каждый слой может быть посвящен определенному цвету, что позволяет увеличить светочувствительность и разрешение втрое в сравнении с обычными сенсорами. Для создания полного цвета по-прежнему требуется три пикселя, но эти пиксели занимают одно и то же вертикальное пространство, а не располагаются рядом друг с другом. Теория хороша, но что действительно воодушевляет, так это то, что, по словам исследователей, они создали два полностью работающих перовскитных датчика изображения.
Результаты показывают, что, как и предполагала теория, датчики более чувствительны к свету, более точны в воспроизведении цветов и могут обеспечить значительно более высокое разрешение, чем традиционная кремниевая технология. По утверждению команды, тот факт, что каждый пиксель улавливает весь свет, также устраняет некоторые артефакты цифровой фотографии, такие как демозаика и эффект муара.
Исследователи хотят еще больше уменьшить размер и увеличить количество пикселей в своих перовскитных датчиках изображения. Два прототипа имеют размер пикселей от 0,5 до 1 миллиметра. Для сравнения: коммерческие датчики изображения имеют микрометровый диапазон размеров пикселей (1 микрометр равен 0,001 миллиметра). Тем не менее, исследователи верят в эту технологию и утверждают, что со временем и дальнейшим развитием перовскит сможет превзойти текущие ожидания, связанные с кремнием. Кроме того, для работы с этой новой технологией необходимо настроить электронные соединения и методы обработки (два датчика, созданные исследователями, уже используют две разные технологии считывания).
