于本周舉行的 2023 年 IEEE 國際電子會議 （IEDM） 上，比利時微電子研究中心 （imec） 展示了一套能在次微米 （sib-micron） 等級的分辨率下忠實分割色彩的全新技術，采用的是在 12 吋晶圓上制造的傳統后段制程。此技術預計用來提升高階相機的性能，帶來更高的訊噪比 （SNR），并以前所未見的超高空間分辨率來強化彩色成像質量。

　　Imec 表示，設計新一代的 CMOS 影像傳感器必須在三種需求之間取得平衡，包含接收所有的入射光子，達到光子尺寸或繞射極限的分辨率，以及準確紀錄光源的色彩。在畫素上配備彩色濾光片的傳統影像傳感器依然難以滿足上述的所有需求。增加畫素密度固然會提升整體的影像分辨率，但畫素尺寸變小，捕獲的光源也會變少，還會因為要從鄰近畫素內插其它的色彩數值而容易產生假影。雖然基于繞射原理的彩色分光器在增加色彩敏感度和捕獲光源方面取得了重大進展，但還是無法改良影像分辨率。

　　而 imec 現在提出一套全新方法，運用標準的后段制程就能在次微米等級的畫素尺寸下分割色彩，成功超越基本的阿貝繞射極限 （Abbe diffraction limit）。這套方法能夠滿足所有對新一代影像傳感器的需求，包含接收幾乎所有的光子，利用極小尺寸的畫素來提高分辨率，并且如實地呈現彩色影像。為了實現這點，imec 研究團隊在二氧化硅 （SiO2） 矩陣中建立了一個由氮化硅 （Si3N4） 垂直多模波導組成的陣列。這些波導設有一個尺寸達到繞射極限 （例如 800nm²） 的錐型輸入埠，用來接收所有的入射光。

　　imec 技術總監 Jan Genoe 指出，在每個波導內，入射光子會同時激發對稱型及非對稱型模態，這兩種模態在波導內的傳播不同，所以在一個已知頻率下會在兩種模態之間形成獨特的 『拍頻』 波形。這種拍頻波形可以對應某一個特定色彩在波導末端實現空間分光功能。」 每個波導所輸生的所有光源預計會有90% 落在肉眼可見的色彩范圍 （波長為 400~700nm），表現優于彩色濾光片。

　　Imec 技術研究項目經理 Robert Gehlhaar 表示，因為這項技術可與標準的 12 吋晶圓制程兼容，導入這套技術的分光器就以符合成本效益的方式制造。這就能進一步推動高分辨率影像傳感器的性能升級，最終目標是偵測到每個入射光子及其所屬特性。我們的抱負是成為彩色成像技術的未來標竿，達到繞射極限等級的分辨率。我們誠摯邀請產業伙伴加入我們，邁向以相機全面展示這項技術的研發之路。