研究人员表示，目前，传统的CMOS图像传感器技术用于提供普通设备(如智能手机)的彩色图像，随着应用需求变得越来越精细，其局限性开始显现。例如，许多新兴的应用领域，如自动驾驶汽车、柔性电子产品、医疗保健和医疗成像，都要求更高的分辨率和更高的集成级别。

研究人员说，这很难实现，因为彩色图像的每个像素都是被捕获的。在大多数图像传感器中，给定像素的红色、绿色和蓝色部分是使用专门的光探测器“cell”为每种颜色独立捕获的。

虽然每个像素的三个单元都是横向排列的，并且尽可能靠近彼此，以有效地利用可用的区域，但这种设计至少占用每个单元的三倍的空间。此外，由于其复杂性，这些光电探测器阵列的制造和加工成本可能很高。

为了解决这个问题，研究人员使用堆叠量子点（QD）的传感器，开发一种新型的光电探测器，并将其集成到用于高分辨率多光谱（颜色）成像的密集传感器阵列中。QD是小于10纳米的纳米颗粒，其尺寸使它们表现出某些量子效应，包括光子吸收及其转化为电载体。

通过精确地设计其尺寸和组成，可以根据特定颜色的光线量身定制QDS以响应QD。研究人员表示，QDS通过传统的横向像素布置的优点是QD可以在每个像素中垂直堆叠。

研究人员说:“虽然人们会认为较低位置的量子点会被上方的量子点遮挡，但事实是，没有被上方量子点吸收的光子确实会穿透并到达底部的量子点。”通过这种方式，每个像素中每种颜色的光电探测器可以容纳到一个更紧凑的区域。”

使用低温制造程序，研究人员报告说，他们设法在一个小区域中以惊人的大量像素挤压。

“我们的光电探测器阵列的器件密度为每平方厘米5500个器件，”朴成奎(Sung Kyu Park)教授说，“这比之前报道的溶液处理柔性光电探测器的器件密度要大得多，后者达到1600个器件。”

此外，垂直叠加的QD像素具有良好的颜色选择性和光敏性。研究人员表示，从长远来看，他们相信未来的改进将使垂直堆叠的量子点在许多应用中取代现有的CMOS图像传感器，这得益于其简单的制造、低功耗、耐用性和性能。

“我们认为我们的设计是建立超越传统的低成本，高分辨率和集成图像传感器系统的巨大进步，”公园说。“它应该广泛适用于可穿戴感官系统，生物医学和自主驾驶等领域。”

更多信息，请参阅"垂直堆叠的全色量子点光电晶体管阵列高分辨率和增强型颜色选择性成像”。