25/02/2022A eficiência quântica (QE) de um sensor refere-se à probabilidade de os fótons que atingem o sensor serem detectados, em porcentagem. Uma QE alta resulta em uma câmera mais sensível, capaz de operar em condições de baixa luminosidade. A QE também depende do comprimento de onda, sendo expressa por um único número que geralmente se refere ao valor de pico.
Quando os fótons atingem um pixel da câmera, a maioria alcança a área sensível à luz e é detectada pela liberação de um elétron no sensor de silício. No entanto, alguns fótons são absorvidos, refletidos ou dispersos pelos materiais do sensor da câmera antes que a detecção possa ocorrer. A interação entre os fótons e os materiais do sensor da câmera depende do comprimento de onda do fóton, portanto, a probabilidade de detecção também depende do comprimento de onda. Essa dependência é mostrada na Curva de Eficiência Quântica da câmera.
Exemplo de uma curva de eficiência quântica. Vermelho: CMOS com iluminação traseira. Azul: CMOS avançado com iluminação frontal.
Diferentes sensores de câmeras podem apresentar eficiências quânticas (QE) muito distintas, dependendo de seu design e materiais. O fator que mais influencia a QE é se o sensor da câmera é iluminado pela parte traseira ou pela parte frontal. Em câmeras com iluminação frontal, os fótons provenientes do objeto precisam primeiro atravessar uma grade de fios antes de serem detectados. Originalmente, essas câmeras tinham eficiências quânticas limitadas a cerca de 30-40%. A introdução de microlentes para focalizar a luz além dos fios, direcionando-a para o silício fotossensível, elevou esse valor para cerca de 70%. Câmeras modernas com iluminação frontal podem atingir QEs de pico em torno de 84%. Câmeras com iluminação traseira invertem esse design de sensor, com os fótons atingindo diretamente uma camada fina de silício fotossensível, sem passar pelos fios. Esses sensores oferecem eficiências quânticas mais altas, em torno de 95% de pico, ao custo de um processo de fabricação mais complexo e caro.
A eficiência quântica nem sempre será uma característica vital em sua aplicação de imagem. Para aplicações com altos níveis de luz, o aumento da eficiência quântica e da sensibilidade oferece pouca vantagem. No entanto, em imagens com pouca luz, uma alta eficiência quântica pode resultar em melhor relação sinal-ruído e qualidade de imagem, ou tempos de exposição reduzidos para imagens mais rápidas. Mas as vantagens de uma maior eficiência quântica também devem ser ponderadas em relação ao aumento de 30 a 40% no preço dos sensores retroiluminados.
