This post is also available in:
English (אנגלית)
דימות אינפרא־אדום איכותי דורש בדרך כלל חומרים ייחודיים או קירור קריוגני — מה שהופך אותו ליקר מדי לשימוש נרחב מסחרי או ביטחוני. חיישני CMOS רגילים, המשמשים במצלמות סמארטפונים וציוד צילום צרכני, אינם מסוגלים לזהות אור בתחום האינפרא־אדום הגל־הקצר או הגל־הבינוני, וכך נוצר פער משמעותי בין דימות זול בתחום האור הנראה לעין לבין מערכות תרמיות יקרות המיועדות למערכות צבא, תעופה ובדיקות תעשייתיות.
חוקרים מהמכון הטכנולוגי של בייג׳ינג פיתחו פתרון מבטיח לגישור הפער: ממיר אינפרא-אדום־לנראה בהשראת נחשים, הנצמד לחיישן CMOS סטנדרטי ומאפשר דימות תרמי ברזולוציית 4K – בטמפרטורת החדר. המערכת מחקה את איברי ה"בור" (pit organs) של נחשים, המזהים הבדלי חום זעירים בתנאי תאורה נמוכה.
האתגר המרכזי היה סילוק "הרעש" שמציף גלאי אינפרא־אדום הפועלים ללא קירור. החוקרים פתרו זאת באמצעות יצירת ממשק צומת-הטרו (heterojunction) מבוסס ננו־נקודות קולואידיות של טלוריד כספית (HgTe), הנתמך בשכבות תחמוצת אבץ ופולימרים החוסמות זרמי רקע אך מאפשרות מעבר נשאי אותות. כך נשמרת רגישות לתחומי SWIR (גל אינפרא-אדום קצר) ו־MWIR (גל אינפרא-אדום בינוני) ללא צורך במערכות קירור גדולות ומורכבות.
על פי דיווח של Interesting Engineering, המכשיר כולל שכבת פליטת אור המשמשת כ"ממיר": היא הופכת פוטוני אינפרא־אדום לאור נראה לעין שממנו חיישן ה־CMOS מסוגל ליצור תמונה. באמצעות איזון מדויק של הזרמת המטען בתוך הממיר, הצליחו החוקרים להעלות משמעותית את היעילות — ולהפוך אותות אינפרא־אדומים חלשים לתמונות חדות וברורות.
הפרוטוטיפ, ששולב על גבי ווייפר CMOS בקוטר 20.3 ס"מ, הפיק תמונות אינפרא־אדום ברזולוציה 3840×2160 עם מרווח פיקסלים זעיר של 1.55 מיקרון. בהדגמות, המערכת הצליחה להציג דפוסי חום, לראות עצמים דרך ווייפרים מסיליקון, ולגלות חתימות תרמיות שבלתי־אפשרי לראות באמצעות אופטיקה רגילה. הממיר מרחיב את טווח הרגישות של החיישן עד 4.5 מיקרון, ובכך מגדיל פי ארבעה־עשר את תחום הספקטרום שמצלמה צרכנית יכולה "לראות".
עבור מערכות ביטחון וביטחון־פנים, יכולת אינפרא־אדום ברזולוציה גבוהה ובעלות נמוכה עשויה להיות מהפכנית. דימות תרמי חיוני לפעילות לילה, הגנת היקף, זיהוי מטרות דרך עשן או ערפל, ומעקב בתנאי ראות לקויה. כיום מערכות כאלה יקרות וזמינותן מצומצמת; פתרון תואם CMOS עשוי לאפשר פריסה רחבה על גבי פלטפורמות בלתי מאוישות, מכשירי יד ומערכי חישה קבועים.
באמצעות אימוץ פתרון ביולוגי והמרתו להנדסת מוליכים־למחצה, הדגימו החוקרים מסלול ממשי לדימות תרמי נגיש וניתן לייצור המוני — צעד המקרב את "ראיית הנחש" אל ציוד הצילום היומיומי.
המחקר פורסם כאן.
