Исследователи из Университета Нагои представили инновационную технологию прозрачных фотосенсоров, созданных на основе оксида цинка с легированием галлия (GZO). Главная особенность разработки заключается в том, что каждый отдельный пиксель способен воспринимать весь спектр — красный, зеленый и синий цвета одновременно. Это решение может радикально изменить архитектуру оптических систем и уменьшить размеры камер в 3–4 раза.
Традиционные цифровые камеры сегодня опираются на массив Байера: один пиксель матрицы фиксирует лишь один цветовой канал. Для получения итогового цветного изображения процессор вынужден «достраивать» картинку, анализируя соседние точки. Такой метод требует большого количества физических элементов на сенсоре, что ограничивает возможности уменьшения габаритов фотомодулей.
Японские ученые предложили иную концепцию. Использование нанолистов GZO позволяет регистрировать весь видимый спектр, а укладка нескольких прозрачных слоев друг над другом дает возможность разделять цвета без классических цветовых фильтров. По расчетам инженеров, такая архитектура позволит сократить число элементов на сенсоре примерно на 75% при сохранении исходного разрешения.
Ключевой характеристикой нового материала стала его уникальная прозрачность: каждый слой нанолистов пропускает до 99,995% видимого света. Это позволяет штабелировать слои без существенной потери яркости и качества изображения. Поскольку чистый оксид цинка слабо реагирует на видимый спектр, исследователи добавили галлий — это изменило электронную структуру материала и значительно повысило его способность преобразовывать свет в электрический сигнал.
Экспериментальные показатели впечатляют: при эффективности преобразования энергии около 0,005%, сенсор продемонстрировал чувствительность до 800 А/Вт. Для сравнения, аналогичный параметр у большинства коммерческих фотодатчиков не превышает 10 А/Вт.
Работа сенсора частично копирует принципы человеческого зрения: многослойная структура последовательно выделяет компоненты света, которые затем объединяются в итоговый цвет. Кроме того, GZO-сенсоры показали высокую живучесть: они стабильно работают в условиях экстремальной влажности, вакуума и при температурах до 400°C. Эти свойства делают разработку пригодной для использования в автопроме, космической индустрии и промышленном оборудовании.
Важным фактором для будущего массового производства является простота техпроцесса: создание подобных датчиков возможно при комнатной температуре. Хотя технология пока пребывает на стадии лабораторного прототипа, эксперты видят в ней большой потенциал для создания компактных и сверхчувствительных камер для смартфонов, эндоскопов и носимых гаджетов.
