22/02/25La eficiencia cuántica (EQ) de un sensor se refiere a la probabilidad de que los fotones que inciden en el sensor sean detectados en porcentaje. Una EQ alta resulta en una cámara más sensible, capaz de funcionar en condiciones de poca luz. La EQ también depende de la longitud de onda; se expresa como un solo número que generalmente se refiere al valor pico.
Cuando los fotones inciden en un píxel de la cámara, la mayoría alcanza la zona fotosensible y se detectan mediante la liberación de un electrón en el sensor de silicio. Sin embargo, algunos fotones son absorbidos, reflejados o dispersados por los materiales del sensor antes de que se produzca la detección. La interacción entre los fotones y los materiales del sensor depende de la longitud de onda del fotón, por lo que la probabilidad de detección depende de esta. Esta dependencia se muestra en la Curva de Eficiencia Cuántica de la cámara.
Ejemplo de una curva de eficiencia cuántica. Rojo: CMOS con iluminación posterior. Azul: CMOS avanzado con iluminación frontal.
Los diferentes sensores de cámara pueden tener QEs muy diferentes según su diseño y materiales. La mayor influencia en la QE reside en si el sensor de una cámara tiene iluminación frontal o posterior. En las cámaras con iluminación frontal, los fotones provenientes del sujeto deben atravesar una red de cables antes de ser detectados. Originalmente, estas cámaras estaban limitadas a eficiencias cuánticas de alrededor del 30-40 %. La introducción de microlentes para enfocar la luz más allá de los cables hacia el silicio fotosensible elevó este valor a alrededor del 70 %. Las cámaras modernas con iluminación frontal pueden alcanzar QEs pico de alrededor del 84 %. Las cámaras con retroiluminación invierten este diseño de sensor, con fotones que inciden directamente en una capa de silicio más delgada que detecta la luz, sin atravesar cables. Estos sensores de cámara ofrecen eficiencias cuánticas más altas, de alrededor del 95 % de pico, a costa de un proceso de fabricación más intensivo y costoso.
La eficiencia cuántica no siempre será una característica vital en su aplicación de imágenes. Para aplicaciones con altos niveles de luz, una mayor QE y sensibilidad ofrece pocas ventajas. Sin embargo, en imágenes con poca luz, una QE alta puede mejorar la relación señal-ruido y la calidad de imagen, o reducir los tiempos de exposición para obtener imágenes más rápidas. Sin embargo, las ventajas de una mayor eficiencia cuántica también deben sopesarse frente al aumento del 30-40 % en el precio de los sensores retroiluminados.
