黑硅讓相機秒變夜視儀

時間:

2020-01-10

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早前,SiOnyx在kickstarter眾籌一款名為Aurora的相機。Aurora傳感器連指甲大小都沒有,卻憑借黑硅技術(Black Silicon)獲得了驚人的高感表現,可以正常速度拍攝星空、極光視頻。黑硅真的如此厲害么,SiOnyx

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黑硅讓相機秒變夜視儀

Aurora上的黑硅傳感器 黑硅誕生


跟許多技術一樣,黑硅也有一段源遠流長卻被人長期忽視的歷史。在上世紀80年代,研發人員在采用反應離子刻蝕工藝制作硅襯底時發現了黑硅。在進行反應離子刻蝕中,反應離子氣體會不斷轟擊刻蝕硅表面,結果在硅表面形成了納米細針陣列的表面結構。這種結構能大幅度降低光線反射率,讓硅看起來像是黑色,黑硅名字正是來自它的顏色。

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黑硅讓相機秒變夜視儀

微觀視角下的黑硅表面


在當時黑硅被視為一種工藝缺陷,在生產過程中應盡可能避免。直到1998年,哈佛大學Eric Mazur教授通過飛秒激光束照射硅片獲得黑硅,人們才認識到黑硅的價值。在實驗時,Mazur利用飛秒激光照射六氟化硫氣氛中的硅,在掃描的同時融入了硫,這樣制作的黑硅不僅在表面形成了一個有序的細針陣列,而且超飽和硫摻雜填補了硅的帶隙,能夠阻擋波長大于1100nm光線。


飛秒激光制作的黑硅能同時吸收可見光與紅外波光光線

通過飛秒激光工藝黑硅類似一個黑洞,能夠高效吸收可見光、近紅外和短波紅外波段光線,


SiOnyx展示了基于黑硅技術的XQE傳感器。XQE傳感器極大幅度提高了600nm至1200波段的量子效率,至少是普通硅CCD傳感器的一倍,在500nm至780nm可見光波段量子效率也有不同幅度的提升。量子效率是一個描述光電轉換能力的重要參數,它代表了某一特定波長下單位時間內產生的平均光電子數與入射光子數之比,量子效率越高越多光子轉換為電子,高感自然更好。


黑硅讓相機秒變夜視儀

XQE傳感器與CCD傳感器量子效率對比


而且XQE傳感器的動態范圍達到了驚人的90db,遠遠超出今天相機動態范圍,能同時捕捉室內外細節。

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