22/02/25A Eficiência Quântica (EQ) de um sensor refere-se à probabilidade de fótons atingirem o sensor e serem detectados em %. Uma EQ alta resulta em uma câmera mais sensível, capaz de operar em condições de baixa luminosidade. A EQ também depende do comprimento de onda, sendo expressa como um único número, geralmente se referindo ao valor de pico.
Quando os fótons atingem um pixel da câmera, a maioria atinge a área sensível à luz e é detectada pela liberação de um elétron no sensor de silício. No entanto, alguns fótons serão absorvidos, refletidos ou espalhados 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 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 com iluminação frontal avançada.
Diferentes sensores de câmera podem ter QEs muito diferentes dependendo de seu design e materiais. A maior influência no QE é se o sensor de uma câmera é iluminado pela parte traseira ou frontal. Em câmeras iluminadas pela parte frontal, os fótons vindos do objeto devem primeiro passar por uma grade de fiação antes de serem detectados. Originalmente, essas câmeras eram limitadas a eficiências quânticas de cerca de 30-40%. A introdução de microlentes para focar a luz além dos fios no silício sensível à luz elevou isso para cerca de 70%. Câmeras modernas com iluminação frontal podem atingir QEs de pico de cerca de 84%. Câmeras com iluminação traseira invertem esse design de sensor, com fótons atingindo diretamente uma fina camada de silício detectora de luz, sem passar pela fiação. Esses sensores de câmera oferecem maiores eficiências quânticas em torno de 95% do pico, ao custo de um processo de fabricação mais intensivo e caro.
A Eficiência Quântica nem sempre será uma característica vital em sua aplicação de geração de imagens. Para aplicações com altos níveis de luminosidade, QE e sensibilidade aumentados oferecem pouca vantagem. No entanto, em imagens com pouca luminosidade, QE alto 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.
