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Sep 01, 2023

Desenvolvimentos em tecnologia de imagem UV e IR

Fonte: Edmund Optics Nos últimos anos, a demanda por sistemas de visão mecânica que capturam informações nas faixas espectrais ultravioleta (UV) e infravermelha (IR) aumentou à medida que mais integradores e

Fonte: Edmundo Óptica

Nos últimos anos, a demanda por sistemas de visão artificial que capturam informações nas faixas espectrais ultravioleta (UV) e infravermelha (IR) aumentou à medida que mais integradores e usuários finais se aventuram em novos espaços de aplicação. Essas técnicas de imagem aproveitam interações únicas entre luz e matéria fora do espectro visível. A gama de aplicações e espaços industriais para essas técnicas de imagem inclui inspeção de embalagens ou rótulos para a indústria de alimentos e bebidas, imagens hiperespectrais e imagens multiespectrais para monitoramento ambiental e agricultura, ciências de materiais e inspeção de semicondutores, e muito mais. Embora a geração de imagens nessas faixas espectrais seja recentemente menos proibitiva em termos de custo e mais acessível, muitas das abordagens de design e fabricação de sensores de câmera e lentes ópticas são as mesmas e os mesmos avanços tecnológicos que reduzem os custos associados a essas aplicações mais inovadoras são melhorando também as tecnologias de sistemas de imagem visível. No entanto, existem várias diferenças importantes na tecnologia para imagens UV e IR.

Os sensores da câmera são um conjunto de pixels que consiste em um substrato de fotodiodo semicondutor, fiação metálica e um conjunto de microlentes. Visto na Figura 1, existem duas arquiteturas principais de sensores, ambas com uma ordem diferente de orientação das camadas constituintes. Os sensores retroiluminados (BSI), conforme mostrado na Figura 1 A), apresentam relações sinal-ruído superiores e iluminação mais uniforme em todo o sensor do que o sensor frontal iluminado (FSI), mostrado na Figura 1 B), pois a luz incidente tem menos profundidade de penetração para um sensor BSI do que para um sensor FSI.

A fabricação de sensores para sensores UV e IR é quase idêntica à dos sensores visíveis (VIS), exceto pela adição de uma camada superior protetora de quartzo para sensores UV, que substitui o vidro típico em sensores visíveis devido às suas propriedades transmissivas no UV. . No entanto, o material utilizado para construir o substrato do fotodiodo também pode diferir para sensores necessários para faixas de comprimento de onda específicas ou mais amplas.

O substrato do fotodiodo é a parte do sensor onde os sinais fotônicos recebidos são convertidos em sinais eletrônicos digitais para serem descarregados em uma unidade computacional para construção de imagens. Cada material de substrato de fotodiodo tem uma sensibilidade particular à luz em diferentes comprimentos de onda. Essa sensibilidade é frequentemente relatada usando uma curva de eficiência quântica e é uma medida da eficiência de um sensor para fazer a conversão do sinal fóton em elétron em função do comprimento de onda.

O material usado para a fabricação do substrato do fotodiodo em câmeras de visão mecânica para os espectros VIS e UV é normalmente silício devido à eficiência quântica ser excepcional para VIS e decente no UV. O silício também permanece relativamente sensível aos comprimentos de onda mais curtos do IR ou do infravermelho próximo (NIR) (0,75 µm - 1 µm), por isso é normalmente usado para sensores VIS-NIR. No entanto, o silício é um material pobre para uso em comprimentos de onda além do NIR, incluindo IR de onda curta (SWIR) entre 1,4 µm a 3 µm, IR de onda média (MWIR) entre 3 µm a 5 µm e IR de onda longa (LWIR) até cerca de 14 µm devido ao seu intervalo de banda de 1,1 um. Por esta razão, os sensores IR usados ​​para comprimentos de onda SWIR são construídos com materiais como o arsenieto de índio e gálio (InGaAs).

Sensores híbridos para imagens VIS-SWIR (400nm – 1700nm) e NIR-SWIR (700-1700nm) são normalmente construídos a partir de InGaAs. Alguns fabricantes também utilizam tecnologias específicas para a fabricação de sensores. A maioria dos sensores IR contém uma camada de Fosfeto de Índio (InP) de várias espessuras sobre o substrato InGaAs para a rejeição de comprimentos de onda curtos indesejados. Ao alterar a espessura da camada InP, a rejeição do comprimento de onda é especificamente atenuada. A camada InP em muitos sensores Sony é fina o suficiente para passar comprimentos de onda visíveis para uso híbrido. A Sony também faz uso de uma técnica específica de fabricação para sensores híbridos chamada hibridização ou ligação cobre-cobre (Cu-Cu), que ocorre no nível do pixel para unir substratos de diferentes materiais [2].