最新一期的頂級科學(xué)期刊《Advanced Materials尖端材料》披露，華人科學(xué)家實(shí)現(xiàn)了世上第一個(gè)50納米級的超高分辨率數(shù)字圖像傳感器，打破了這個(gè)領(lǐng)域數(shù)字圖像傳感器像素尺寸為1微米的行業(yè)極限，引起國際電子、軍工、航天、醫(yī)療、激光、信息存儲(chǔ)技術(shù)以及有關(guān)部門的合作興趣。6日，擁有這個(gè)技術(shù)的中國籍科學(xué)家宋金會(huì)教授對《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者表示，會(huì)優(yōu)先考慮這項(xiàng)技術(shù)的商業(yè)應(yīng)用和推廣，并持續(xù)保持團(tuán)隊(duì)在這個(gè)前沿高科技領(lǐng)域的研發(fā)優(yōu)勢。
根據(jù)美國行業(yè)學(xué)術(shù)期刊《尖端材料》中的文章，(“An Ultrahigh-Resolution Digital Image Sensor with Pixel Size of 50 nm by vertical Nanorod Arrays”2015，27， 4454-4460), 美國阿拉巴馬大學(xué)華人學(xué)者宋金會(huì)教授研究組報(bào)道了一種基于納米半導(dǎo)體技術(shù)的新型數(shù)字圖像傳感器，其像素尺寸竟然成功縮小到了50納米，大幅度打破當(dāng)前數(shù)字圖像傳感器像素尺寸極限(1微米，即1000納米)。這在數(shù)字圖像傳感器技術(shù)史上是里程碑性的突破。宋金會(huì)教授帶領(lǐng)他的博士研究生江城鳴通過利用三維半導(dǎo)體納米材料，納米材料表面修飾技術(shù)，以及完全不同于當(dāng)前數(shù)字圖像傳感器的器件機(jī)理，研制出僅有50納米直徑大小的傳感器像素，而且這一微小像素仍具有圖像采集傳感功能。
宋金會(huì)教授6日在接受《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者獨(dú)家采訪時(shí)表示，“當(dāng)前數(shù)字圖像傳感器分辨率的突破，必須要從傳感器材料和結(jié)構(gòu)兩方面都進(jìn)行徹底的革新，而不能靠在原器件構(gòu)架和材料的基礎(chǔ)上的改進(jìn)。他們的超高分辨率數(shù)字圖像傳感器的實(shí)現(xiàn)正是基于在半導(dǎo)體光電材料和奇妙的新型三維器件的機(jī)理上得以實(shí)現(xiàn)的。”
宋教授介紹說，具體而言，首先他們定義了一個(gè)新的數(shù)字電路基本元件：光子場效應(yīng)管(PET)。PET具有兩電極結(jié)構(gòu)，甚至簡單于CMOS數(shù)字圖像傳感器像素中的一個(gè)場效應(yīng)管放大器，但是PET卻能實(shí)現(xiàn)光強(qiáng)傳感和放大雙重功能。也就是說，PET以一個(gè)異常簡單的半導(dǎo)體元件結(jié)構(gòu)卻能實(shí)現(xiàn)數(shù)字圖像傳感器像素中光電二極管，場效應(yīng)管放大器的綜合像素功能，進(jìn)而為簡化數(shù)字圖像傳感器結(jié)構(gòu)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在定義PET的基礎(chǔ)上，他們利用電子束光刻以及半導(dǎo)體納米柱自然生長的綜合方法，制備出三維PET納米像素陣列，進(jìn)一步縮小了像素平面面積的大小。另外他們巧妙的利用了納米材料表面修飾，以及納米半導(dǎo)體陣列與金屬電極之間的肖特基勢壘，極大的降低了傳感器噪音。納米半導(dǎo)體材料加上三維的器件結(jié)構(gòu)，使得這一新型數(shù)字圖像傳感器的分辨率大幅度超越當(dāng)前數(shù)字圖像傳感器極限，將最高分辨率從1微米直接降到50納米。如果按當(dāng)前流行的全幅相機(jī)傳感器尺寸為標(biāo)準(zhǔn)，如果采用這一新型數(shù)字圖像傳感器技術(shù)，全幅傳感器將擁有驚人的3000多億像素，是現(xiàn)在傳感器的10000倍。
宋教授的研發(fā)團(tuán)隊(duì)對《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者表示，這一超高分辨率將對圖像信息存儲(chǔ)，超分辨顯微技術(shù)，光與物質(zhì)相互作用，以及光子計(jì)算機(jī)等一系列重要的技術(shù)科學(xué)領(lǐng)域產(chǎn)生巨大的影響。研究團(tuán)隊(duì)下一步將在這一新型傳感器基礎(chǔ)上，研究全帶寬相應(yīng)，即全彩色，高響應(yīng)速度的超高精度數(shù)字圖像傳感器，并進(jìn)一步以此為基礎(chǔ)推進(jìn)其在基礎(chǔ)科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用。
宋金會(huì)教授于1998年本科畢業(yè)于南開大學(xué)物理系，2002年赴美到佐治亞理工學(xué)院深造，并于2004年獲得佐治亞理工學(xué)院物理系力學(xué)碩士學(xué)位，2008年獲得佐治亞理工學(xué)院材料科學(xué)與工程系工學(xué)博士學(xué)位。2011年加入美國阿拉巴馬大學(xué)任教。他長期致力于納米科技的研究與應(yīng)用，迄今為止在國際專業(yè)期刊上發(fā)表科技論文50多篇。
20世紀(jì)后半頁以來，半導(dǎo)體技術(shù)的興起，引發(fā)人類社會(huì)第三次技術(shù)革命，數(shù)字化技術(shù)席卷眾多領(lǐng)域。在圖像記錄領(lǐng)域，數(shù)字圖像傳感器，以CCD(Charge-coupled Device，電荷耦合器件)和CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)為代表，迅速發(fā)展，并于21世紀(jì)初迅速替代絕大部分以膠片為載體的圖像信息記錄技術(shù)。
最近隨著微電子集成技術(shù)的發(fā)展，CMOS逐漸占據(jù)市場主體，廣泛應(yīng)用于民用，工業(yè)等廣泛領(lǐng)域，據(jù)美國權(quán)威市場調(diào)研公司IC Insights 報(bào)告，2015年僅CMOS這一主流數(shù)字圖像傳感器的民用市場銷售額將突破100億美金。