CMOS Kısa Dalga Kızılötesi Sensörleri Seti – Görünmeyeni Yorumlamak

Bir yeni çalışmada, araştırmacılar zehirsiz kolloidal kuantum noktalarına dayalı yeni bir yüksek performanslı SWIR görüntü sensörü geliştirdiler. Kısa dalga kızılötesi veya SWIR, 900 nm ile 2500 nm arasında olan ve 400nm ile 700nm arasında değişen görülebilir spektrumun ötesinde bir ışık dalga boyu bandıdır. SWIR görüntüleme, bu aralıkta çalışabilen sensörlere ihtiyaç duyar.

Görülebilir spektrumun ötesinde daha derin dalga boylarında görüntüler yakalayabilen SWIR teknolojisini kullanan sistemler, geleneksel sistemlerin aksine, görülebilir spektrumun ötesinde detayları görebilir.

Görülebilirlerden daha uzun olan dalga boyları, yalnızca özel sensörlere görünebilir. Ve kısa dalga kızılötesi (SWIR) bölgesindeki ışık gözle görülmese de, bu ışık nesnelerle benzer şekilde etkileşir.

Görülebilir ışık gibi, SWIR ışığı da nesnelerden seker ve yansıtılan bir ışık olup, bu nedenle görüntülerinde gölgeler ve kontrastlar vardır. SWIR görüntülerinin renkli değil, sadece siyah beyaz olması, nesnelerin kolayca tanınmasını sağlar ve bireysel tanımlamaya izin verir. SWIR görüntüleme ayrıca camdan görüntüleme yeteneğine sahiptir.

Bu nedenle, SWIR, küçük boyutu, düşük gücü, yüksek duyarlılığı ve çözünürlüğü, düşük maliyetli görülebilir spektrum mercekleri ve gizli olan ve gece gökyüzü parlaması ışığında görülebilen fenerleri ve lazerleri görme yeteneği nedeniyle büyük bir potansiyele sahiptir.

Bu şekilde, SWIR görüntüleme, silikon wafer muayenesi, lazer ışını profilleme, tıbbi görüntüleme, makine görüntüleme, kimyasal ve plastik algılama, tarım algılama, gözetim sistemleri ve hiperspektral görüntüleme gibi endüstriyel ve bilimsel uygulamalar dahil olmak üzere birçok şeyi mümkün kılar. Ayrıca, sahtecilik karşıtı, nem algılama ve sıralama için de kullanılır. Ayrıca, cep telefonlarındaki yüz tanıma sensörleri, savunma alanında hedef tanımlama ve kamufle algılama ve gölgeli ortamlardaki otonom araçlar için de kullanılır.

Tipik olarak, SWIR görüntüleme için InGaAs sensörleri kullanılır. InGaAs veya indiyum galliyum arsenit, belirli yarı iletkenlerin üretiminde kullanılan bir alaşımdır. Bu sensörler, 900-1700 nm aralığındaki dalga boylarına ihtiyaç duyan uygulamalarda kullanılır. Ancak, bunlar pahalıdır ve daha yüksek çözünürlükli diziler, sıcaklık değişimlerine duyarlılık ve sınırlı spektral aralık konusunda zorluklarla karşılaşır.

Buraya tıklayarak, lazerlerin önümüzdeki on yıllarda teknoloji ilerledikçe nasıl önemli bir rol oynayacağı hakkında daha fazla bilgi edinebilirsiniz.

Zehirsiz Kuantum Noktası Tabanlı SWIR Görüntü Sensörleri

Bu nedenle, yeni çalışma, zehirsiz kolloidal kuantum noktalarına dayalı yeni bir yüksek performanslı SWIR görüntü sensörü geliştirdi. SWIR duyarlılığı olan görüntü sensörleri, yalnızca advers koşullarda güvenilir bir şekilde çalışmakla kalmaz, aynı zamanda gözler için güvenli bir aydınlatma kaynağı sağlar. Bu şekilde, SWIR, malzemenin özelliklerini moleküler görüntüleme yoluyla belirleme olanağı sunar.

Kolloidal kuantum noktaları (CQD) tabanlı görüntü sensörü teknolojisi, yakın infrarujnda yüksek hacimli uyumlu görüntü sensörleri sağlamak için vaadedici bir teknoloji platformu sunar.

Kuantum noktaları, insan yapımı küçük parçacıklar veya nanoscale kristallerdir ve ilk olarak 1980 yılında keşfedilmiştir. Bunlar, elektronları taşıma ve renk üretme yeteneği dahil olmak üzere benzersiz elektronik ve optik özelliklere sahiptir. Bu yapay sentezlenmiş yarı iletken nanoparçacıkların boyutu 2 ila 10 nanometre arasındadır, yaklaşık 10-50 atom çapıdır ve güneş hücreleri, LED’ler ve katı hal aydınlatması, ekranlar, fotovoltaik, transistörler, ultra hızlı tüm optik anahtarlar, mantık kapıları, floresan biyolojik etiketleme, kuantum hesaplama, tıbbi görüntüleme, biyosensörler ve daha fazlası gibi birçok uygulama alanı vardır.

Son çalışma, Nature Photonics’de yayımlandı ve ICFO, Fotonik Bilimler Enstitüsü’nden araştırmacılar ve QURV’den araştırmacılar dahil olmak üzere birçok araştırmacıyı içeriyordu. QURV, ICFO’nun spin-off’u olup, geniş spektrumlu görüntü sensörü teknolojileri geliştirerek bilgisayarlı görme uygulamalarını etkinleştirmektedir.

Çalışma, fonksiyonel, yüksek kaliteli ve CMOS teknolojisi ile entegre edilebilen zehirsiz kolloidal kuantum noktalarının üretimi için yeni bir yöntem sundu. CMOS, günümüzde entegre devreler (IC’ler) oluşturmak için en yaygın olarak kullanılan teknolojidir. Bu yarı iletken teknolojisi, son CPU’lar ve akıllı telefonlar tarafından kullanılır.

CQD’leri CMOS ile entegre ederek, SWIR aralığına erişilebilir, ancak bu SWIR duyarlı kuantum noktalarını ticari olarak kullanılabilen bir teknolojiye dönüştürme konusunda bir engel vardır. Bu, kurşun veya civa gibi ağır metallere bağlıdır ve bu malzemelerin kullanımını düzenleyen bir Avrupa düzenlemesi olan Restriction of Hazardous Substances (RoHS) tarafından düzenlenmektedir.

Ekibin, AsBiS2 teknolojisini geliştirmek amacıyla AgBiTe2 veya gümüş bismut tellür nanokristallerini sentezleme yollarını araştırırken, bir yan ürün elde etti, bu da gümüş tellür (Ag2Te) idi.

Ag2Te, kuantum noktalarına benzer şekilde ayarlanabilir bir kuantum sınırlı emme gösterdi. Ekibin, gümüş tellürün SWIR fotodetektörleri ve görüntü sensörleri için potansiyelini fark etmesiyle, yeni bir süreç geliştirmeye odaklandılar ve fosfin içermeyen bu Ag2Te kuantum noktalarını sentezlediler. Fosfin, kuantum noktalarının optoelektronik özelliklerine zararlı bir etkiye sahip olduğu bulundu.

Fosfin içermeyen ve boyutu ayarlanabilen Ag2Te veya gümüş tellür kuantum noktalarını sentezlemek için çalışma, yeni bir yöntem kullandı ve bu, geleneksel ağır metal içerikli karşılıklarının avantajlı özelliklerini korurken, SWIR kolloidal kuantum noktası teknolojisi için büyük ölçekli üretim için temel oluşturdu.

Yeni sentetik yöntemde, araştırmacılar fosfin içermeyen kompleksler olarak gümüş öncüllerini ve tellürü kullandı. Bu, çok geniş bir spektrum aralığında iyi kontrol edilen boyut dağılımı ve eksitonik zirveler ile kuantum noktalarına sahip olmalarını sağladı. Bu kuantum noktaları, önceki fosfin tabanlı tekniklere kıyasla dikkat çekici performanslar gösterdi.

Bu fosfin içermeyen kuantum noktalarını kullanarak, ekip daha sonra bir cam substrat üzerine İndiyum Kalay Oksit (ITO) ile kaplı basit bir laboratuvar ölçekli fotodetektör oluşturdu ve bu, onların özelliklerini ve performansını değerlendirmek için kullanıldı.

Ekibin, laboratuvar ölçekli cihazların tersine, CMOS tabanlı ROIC (okuma entegre devresi, kamera arkasındaki ana bileşendir) FPA ile yeniden tasarlanan fotodetektörü entegre ederek, bir SWIR görüntü sensörü oluşturmak için bir sonraki adımda çalıştıkları belirtildi.

Araştırmacılar, silikon wafelerin iletimi altında birkaç resim çekerek ve görülebilir ışık aralığında gözlemlenemeyen plastik şişelerin içeriğini görerek sensörün SWIR’de çalışmasını test etti.

Bu, tüm şeyin başlangıcıydı. Bir sonraki adımda, ekip, fotodiyot performansını, cihazın farklı katmanlarını mühendislik yaparak geliştirmek istiyor. Ayrıca, araştırmacılar, gümüş tellür kuantum noktaları için yeni yüzey kimyaları araştırmak ve yalnızca performansını artırmakla kalmayıp, aynı zamanda çevresel stabilitesini de iyileştirmek istiyorlar.

Şimdilik, tüketici elektroniği için düşük maliyetli bir teknoloji olarak sensörün SWIR’ye erişme yeteneği, Konstantatos’a göre:

“Otomotiv endüstrisi (araçlar) için geliştirilmiş görme sistemlerini sağlayarak, advers hava koşullarında görme ve sürme yeteneğini serbest bırakacaktır.”

Otomotiv uygulamalarına ek olarak, gün ve gece koşullarında arka plan ışığından arınmış, gözler için güvenli bir pencere sağlayarak, LiDAR ve 3D görüntüleme için artırılmış gerçeklik (AR) ve sanal gerçeklik (VR) uygulamalarına da olanak tanıyabileceğini belirtti.

Robotik alanında, bu sensörler, nesne algılama ve navigasyon için özellikle faydalı olabilir, çünkü belirli malzemelerden veya düşük ışık koşullarında görüntüler yakalayabilirler. Bu, robotların çevresini daha etkili bir şekilde gezinmesini sağlar. Ayrıca, tam karanlıkta bile engellerden kaçınmayı sağlayarak güvenli gezinmeyi sağlar.

Infrarujn Teknolojilerinin Geliştirilmesi ve Entegrasyonu

FLIR Systems, SWIR sensörleri gibi infrarujn teknolojilerinin geliştirilmesi ve entegrasyonu üzerine çalışan bir şirkettir. Geçen yıl, Teledyne, Londra’daki Savunma Güvenlik ve Ekipman Uluslararası fuarında ‘Black Recon’ Araç Keşif Sistemi’ni (VRS) tanıttı.

Yaklaşık beş yıl süren bir geliştirme sürecinin ardından, genellikle Norveç Savunma Bakanlığı ile işbirliği içinde, cihaz otomatik olarak çalışmak üzere tasarlandı. Canlı görüntüler ve hedefleme bilgileri ile araç mürettebatına geri gönderilir ve mayın taraması, köprülerin altında inceleme ve gelişmiş patlayıcı cihazlar için kullanılabilir. Ayrıca, yüksek hassasiyetli keşif, gözetim ve hedef belirleme yeteneklerine sahiptir ve GPS’siz operasyonlar gerçekleştirebilir. “Çok yüksek” hassasiyeti sağlamak için, cihaz, LED teknolojisini kullanan özel bir takip sistemi ile bir SWIR kamera kullanır.

Bu alanda lider diğer şirketler arasında Rockwell Automation, iRobot, ABB, Yaskawa, Fanuc, Yamaha Motor, Midea Group ve Sony bulunmaktadır.

Şimdi, Elektrikli Araçlar (EV) için, SWIR görüntü sensörü, görme sistemlerini, advers koşullarda daha verimli ve güvenli sürüşü sağlayan güvenilir görüntüleme sağlayarak geliştirebilir. Bu sensörler, ayrıca gece görüşü sistemlerinin geliştirilmesine katkıda bulunabilir ve farklı aydınlatma senaryolarında nesneleri tanıyıp ayırt etmelerine yardımcı olabilir, bu da gelişmiş sürücü destek sistemleri (ADAS) için faydalı olur, bu sistemler otonom araçlarda (AV) yol güvenliğini artırmak için giderek daha fazla kullanılmaktadır.

Otomotiv Endüstrisi için Algılama Teknolojileri

Luminar Technologies, özellikle LiDAR teknolojisi olmak üzere, otomotiv endüstrisi için algılama teknolojileri üzerine çalışan bir şirkettir. ABD lidar üreticisi, önümüzdeki beş yıl içinde Çin’de 1 milyon Luminar donanımlı arayı piyasaya sürmeyi planlıyor.

Halka açık şirketin piyasa değeri 1.657 milyar dolar ve hisseleri 3.23 dolar civarında işlem görüyor, yıl başından bu yana yaklaşık %3 düşüş gösterdi. Şirketin geliri (TTM) 58.791 milyon dolar, EPS (TTM) -1.50, P/E (TTM) -2.17’dir.

Bu arada, Tesla, VW Grubu, GM, BMW Grubu, Hyundai Motor gibi şirketler EV endüstrisini liderlik etmektedir.

Artırılmış Gerçeklik ve Sanal Gerçeklik

Şimdi, AR ve VR dünyasında, nihai derinlik algısı ve nesne tanıma çok önemlidir, bu SWIR sensörleri, daha immersif AR ve VR deneyimleri sunmak için çok faydalı olabilir. Ayrıca, zorlu ortamlarda görüntü kalitesini korumak ve AR uygulamalarının, nesnelerin doğrudan görülebilir ışık spektrumunda görünmediğinde bile, kullanıcıların görüşüne dijital bilgiyi eklemesine izin verebilir. Düşük maliyetli bir teknoloji olarak, SWIR görüntü sensörlerini tüketici cihazlarına entegre etmek, yeni uygulamalar ve deneyimler sunabilir.

Sony, AR dünyasında imaging sensörleri, özellikle CMOS teknolojisini kullanan önemli bir isimdir. Birkaç ay önce, Sony, endüstriyel ekipmanlar için 5.32 efektif megapiksel ve 3.45 μm piksel büyüklüğünde IMX992 SWIR görüntü sensörünü duyurdu. Işığı verimli bir şekilde yakalamak için, sensör, geniş bir spektrumda yüksek çözünürlüklü görüntüleme olanağı sunan optimize edilmiş bir piksel yapısına sahiptir.

115 milyar dolarlık piyasa değerine sahip SONY’un hisseleri 91.22 dolar civarında işlem görüyor. Şirket, 84.834 milyar dolar gelir (TTM) bildirdi ve EPS (TTM) 4.72, P/E (TTM) 19.33 ve ROE (TTM) 12.45’e sahiptir. Sony ayrıca %0.61’lik bir temettü getirisi öder.

Bu alanda diğer önemli şirketler arasında Microsoft, Google, AMD, NVIDIA, Samsung, AMD, Magic Leap, Meta Platforms ve Unity bulunmaktadır.

En iyi 10 artırılmış gerçeklik ve sanal gerçeklik hissesi listesi için buraya tıklayın.

Sonuç

Görüyoruz ki, CMOS SWIR sensörlerinin kısa dalga kızılötesi spektrumundaki ışığa duyarlılığı, geleneksel görülebilir ışık sensörlerinin ötesinde görüntüler yakalamalarına olanak tanır, bu da belirli malzemelerden veya düşük ışık koşullarında görülebilirlik kritik olan uygulamalarda değerli kılar.

Bu şekilde, bilgisayar görme öncelikli uygulamalarda, örneğin otomotiv, hizmet robotları, AR, VR ve tüketici elektroniği pazarlarında, önceden görülmemiş performans ve güvenilirlik sunabilir. Gelecekte, teknoloji ilerledikçe, bu sensörlerin entegrasyonu, uzay keşfi gibi diğer alanlara da genişleyebilir.