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新技研 | 黑硅让相机秒变夜视仪,靠谱么?

早前,SiOnyx在kickstarter众筹一款名为Aurora的相机。Aurora传感器连指甲大小都没有,却凭借黑硅技术(Black Silicon)获得了惊人的高感表现,可以正常速度拍摄星空、极光视频。黑硅真的如此厉害么,SiOnyx靠谱么?

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Aurora上的黑硅传感器

黑硅诞生

跟许多技术一样,黑硅也有一段源远流长却被人长期忽视的历史。在上世纪80年代,研发人员在采用反应离子刻蚀工艺制作硅衬底时发现了黑硅。在进行反应离子刻蚀中,反应离子气体会不断轰击刻蚀硅表面,结果在硅表面形成了纳米细针阵列的表面结构。这种结构能大幅度降低光线反射率,让硅看起来像是黑色,黑硅名字正是来自它的颜色。

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微观视角下的黑硅表面

在当时黑硅被视为一种工艺缺陷,在生产过程中应尽可能避免。直到1998年,哈佛大学Eric Mazur教授通过飞秒激光束照射硅片获得黑硅,人们才认识到黑硅的价值。在实验时,Mazur利用飞秒激光照射六氟化硫气氛中的硅,在扫描的同时融入了硫,这样制作的黑硅不仅在表面形成了一个有序的细针阵列,而且超饱和硫掺杂填补了硅的带隙,能够阻挡波长大于1100nm光线。 W020141027329826382331

反应离子刻蚀方法制作的黑硅无法有效吸收红外波段光线,左:可见光成像,右红外成像

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飞秒激光制作的黑硅能同时吸收可见光与红外波光光线,左:可见光成像,右红外成像

通过飞秒激光工艺黑硅类似一个黑洞,能够高效吸收可见光、近红外和短波红外波段光线,人们希望用它制成太阳能面板,提高太阳发电效率,只是飞秒激光成本高昂,黑硅太阳能面板一直停留在PPT上。

黑硅商业化

在2008年10月13日发生一件改变黑硅命运的事件,美国哈佛大学技术开发局(OTD)和美国SiOnyx公司日宣布,哈佛大学将向SiOnyx提供黑硅专利授权,SiOnyx将致力于实现黑硅商业化。

使用Aurora拍摄的实时星空视频画面,Aurora堪比夜视仪

在获得黑硅制作工艺后,SiOnyx最初是致力于生产太阳能面板。在2011年时,SiOnyx宣布与德国研究机构ISC Konstanz联合制成一款转换效率超17%的黑硅太阳能面板。新面板由ISC Konstanz制造,然后采用了Coherent的Aethon技术和Talisker皮秒激光器进行“黑化”,它的厚度只有以往同类产品80%,成本降低了10-15%,转换效率提升了0.3%。

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Aurora相机

不过接下来关于SiOnyx的黑硅传感器消息变得越来越多。2012年,美国海军水面战中心达尔格林分部寻求SiOnyx合作,利用黑硅技术制造为海军制造短波红外波段的夜视与红外传感器,用来代替成本高昂的铟砷化镓(InGaAs)、碲镉汞(HgCdTe)红外传感器。

到了CeloPR PR 2015会议上,SiOnyx展示了基于黑硅技术的XQE传感器。XQE传感器极大幅度提高了600nm至1200波段的量子效率,至少是普通硅CCD传感器的一倍,在500nm至780nm可见光波段量子效率也有不同幅度的提升。量子效率是一个描述光电转换能力的重要参数,它代表了某一特定波长下单位时间内产生的平均光电子数与入射光子数之比,量子效率越高越多光子转换为电子,高感自然更好。

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XQE传感器

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XQE传感器与CCD传感器量子效率对比

而且XQE传感器的动态范围达到了惊人的90db,远远超出今天相机动态范围,能同时捕捉室内外细节。

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有了XQE传感器技术积累后,SiOnyx生产一台堪比夜视仪的Aurora相机当然不是难事,选择在kickstarter上众筹Aurora并不是因为缺钱,而是想做一次免费宣传而已。

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生产线上的Aurora

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全文完
文章来自:爱活网
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发表评论

全部评论 3条
  1. 匿名:

    比索尼多俩字母?!

  2. 匿名:

    这好像本来就是夜视仪

  3. 匿名:

    拜读了,多多学习总是好的!

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