於本周举行的2023年IEEE国际电子会议（IEDM）上，比利时微电子研究中心（imec）展示了一套能在次微米（sib-micron）等级的解析度下忠实分割色彩的全新技术，采用的是在12寸晶圆上制造的传统後段制程。此技术预计用来提升高阶相机的性能，带来更高的讯噪比（SNR），并以前所未见的超高空间解析度来强化彩色成像品质。

用於电脑放射（CR）成像应用，用来进行彩色分光的垂直波导阵列影像：（图左）3D影像（图右）穿透式电子显微镜（TEM）截面图。

设计新一代的CMOS影像感测器必须在三种需求之间取得平衡，包含接收所有的入射光子，达到光子尺寸或绕射极限的解析度，以及准确纪录光源的色彩。在像素上配备彩色滤光片的传统影像感测器依然难以满足上述的所有需求。增加像素密度固然会提升整体的影像解析度，但像素尺寸变小，捕获的光源也会变少，还会因为要从邻近像素内??其它的色彩数值而容易产生假影。虽然基於绕射原理的彩色分光器在增加色彩敏感度和捕获光源方面取得了重大进展，但还是无法改良影像解析度。

比利时微电子研究中心现在提出一套全新方法，运用标准的後段制程就能在次微米等级的像素尺寸下分割色彩，成功超越基本的阿贝绕射极限（Abbe diffraction limit）。这套方法能够满足所有对新一代影像感测器的需求，包含接收几??所有的光子，利用极小尺寸的像素来提高解析度，并且如实地呈现彩色影像。

为了实现这点，imec研究团队在二氧化矽（SiO2）矩阵中建立了一个由氮化矽（Si3N4）垂直多模波导组成的阵列。这些波导设有一个尺寸达到绕射极限（例如800nm2）的锥型输入埠，用来接收所有的入射光。

Imec 技术总监 Jan Genoe教授说明：「在每个波导内，入射光子会同时激发对称型及非对称型模态，这两种模态在波导内的传播不同，所以在一个已知频率下会在两种模态之间形成独特的『拍频』波形。这种拍频波形可以对应某一个特定色彩在波导末端实现空间分光功能。」 每个波导所输生的所有光源预计会有90%落在肉眼可见的色彩范围（波长为400~700nm），表现优於彩色滤光片。

imec技术研究专案经理Robert Gehlhaar表示：「因为这项技术可与标准的12寸晶圆制程相容，导入这套技术的分光器就以符合成本效益的方式制造。这就能进一步推动高解析度影像感测器的性能升级，最终目标是侦测到每个入射光子及其所属特性。我们的抱负是成为彩色成像技术的未来标竿，达到绕射极限等级的解析度。我们诚挚邀请产业夥伴加入我们，迈向以相机全面展示这项技术的研发之路。」