瑞士的研究人員開發出一款基於鈣鈦礦的影像感測器，性能在光敏感度、解析度、色彩準確性及機器視覺適應性等多個方面超越了傳統的矽感測器。這款創新的感測器被認為有潛力徹底改變數位攝影、醫療診斷及環境監測等領域，由蘇黎世聯邦理工學院的功能無機材料教授Maksym Kovalenko博士及其研究團隊共同研發。
在這項研究中，Kovalenko的團隊與瑞士聯邦材料科學與技術實驗室（Empa）的專家合作，設計並製作了兩個完全功能的薄膜原型。與依賴濾光片來檢測顏色的傳統感測器不同，這些新設計使用堆疊的鈣鈦礦層，每層被調整以吸收可見光譜中的特定部分。這一獨特機制使每個像素能夠捕捉到完整的入射光範圍，從而顯著提升影像的清晰度和色彩精確度，同時減少常見的數位瑕疵。
傳統的矽感測器在影像感測器行業中已佔據主導地位數十年，幾乎驅動了每部智能手機和數位相機的運作，並以類似人眼的方式區分顏色。然而，傳統矽感測器存在根本性限制，因其使用顏色濾光片來分離紅、綠、藍（RGB）光，這意味著每個像素僅能捕捉約三分之一的可用光子，最終降低了效率和影像質量。
為了克服這些挑戰，Kovalenko及其團隊提出了一種新型鈣鈦礦感測器，該感測器利用堆疊像素來吸收每一個光子而無需濾光片。這項創新技術由一種稱為鉛鹵化鈣鈦礦的晶體材料製成，這種半導體的光吸收特性可以通過調整其化學組成來進行調整。
這款感測器的設計使其在理論上能夠捕捉到三倍於同尺寸傳統感測器的光線，同時提供三倍的空間解析度。Kovalenko和他的團隊之前已經用大型單晶像素演示了這一概念，但這次首次使用薄膜製造技術將其小型化。
目前，團隊開發的兩個原型感測器在讀出技術上有所不同，但都驗證了這一概念。團隊相信他們已經達到業界相關的厚度並展示了技術的可擴展性。此外，這種新型影像感測器的應用不僅限於消費數位相機，還適用於機器視覺應用。
根據ETH Zurich化學與應用生物科學系的講師Sergii Yakunin博士的說法，鈣鈦礦感測器在高光譜成像中具有關鍵優勢，因為每一層都可以精確調整以吸收特定的波長範圍。雖然目前的原型像素大小範圍為0.5至1毫米，遠大於商業感測器中的微米級像素，但研究人員相信鈣鈦礦像素可以製作得比矽基設備中的像素更小。實現這一目標需要重新設計支持電子設備，因這些設備目前是針對矽的材料特性進行優化的。
這項研究的成果已發表於《Nature》期刊中。
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