A New Approach For Sensor Design - Plato AiStream V2.1

প্লেটো দ্বারা প্রকাশিত

অনুসরণকারী: 0

সেন্সর প্রযুক্তিতে কী পরিবর্তন হচ্ছে এবং কেন হচ্ছে তা নিয়ে আলোচনা করতে আইএমইসির প্রোগ্রাম ম্যানেজার পাওয়েল মালিনোস্কি সেমিকন্ডাক্টর ইঞ্জিনিয়ারিংয়ের সাথে বসেছিলেন। নিচে কি সেই আলোচনার উদ্ধৃতি দেওয়া হল।

এসই: সেন্সর প্রযুক্তির জন্য পরবর্তী কী?

ম্যালিনোভস্কি: আমরা ইমেজ সেন্সর তৈরির একটি নতুন উপায় খুঁজে বের করার চেষ্টা করছি কারণ আমরা এর সীমাবদ্ধতা থেকে বেরিয়ে আসতে চাই সিলিকন ফটোডিওডস। সিলিকন একটি নিখুঁত উপাদান, বিশেষ করে যদি আপনি মানুষের দৃষ্টি পুনরুত্পাদন করতে চান কারণ এটি আলোর দৃশ্যমান তরঙ্গদৈর্ঘ্যের প্রতি সংবেদনশীল, যার মানে আপনি মানুষের চোখ যা করে তা করতে পারেন। এবং ক্ষেত্রটি এখন এমন পর্যায়ে রয়েছে যেখানে এটি খুব পরিপক্ক। প্রতি বছর প্রায় 6 বিলিয়ন ইমেজ সেন্সর বিক্রি হয়। এই চিপগুলি স্মার্টফোন, গাড়ি এবং অন্যান্য অ্যাপ্লিকেশনের ক্যামেরায় শেষ হয়। এগুলি হল সাধারণ স্ট্যান্ডার্ড ইমেজ সেন্সর, যেখানে আপনার সিলিকন-ভিত্তিক সার্কিট্রি বা ইলেকট্রনিক্স এবং সিলিকন ফটোডিওড রয়েছে। তারা মূলত লাল/সবুজ/নীল (RGB) প্রজনন করে যাতে আমরা সুন্দর ছবি তুলতে পারি। কিন্তু আপনি যদি অন্যান্য তরঙ্গদৈর্ঘ্যের দিকে তাকান - উদাহরণস্বরূপ, UV বা ইনফ্রারেডে যান - আপনার কাছে এমন ঘটনা বা তথ্য রয়েছে যা আপনি দৃশ্যমান আলোতে পেতে পারেন না। আমরা বিশেষ করে ইনফ্রারেড পরিসীমা দেখছি। সেখানে আমরা একটি নির্দিষ্ট পরিসরকে সম্বোধন করি, যা এক মাইক্রন থেকে দুই মাইক্রনের মধ্যে, যাকে আমরা শর্টওয়েভ ইনফ্রারেড বলি। এই পরিসীমা দিয়ে আপনি জিনিসগুলি দেখতে পারেন। উদাহরণস্বরূপ, আপনি কুয়াশা বা ধোঁয়া বা মেঘের মধ্য দিয়ে দেখতে পারেন। এটি স্বয়ংচালিত অ্যাপ্লিকেশনের জন্য বিশেষভাবে আকর্ষণীয়।

এসই: এই প্রযুক্তির জন্য কোন আসন্ন চ্যালেঞ্জ বা নতুন অ্যাপ্লিকেশন?

ম্যালিনোভস্কি: আপনি এই তরঙ্গদৈর্ঘ্যের জন্য সিলিকন ব্যবহার করতে পারবেন না, কারণ এটি স্বচ্ছ হয়ে যায়। এটি আকর্ষণীয়, উদাহরণস্বরূপ, ত্রুটি পরিদর্শনের জন্য যখন আপনি সিলিকন সৌর কোষগুলিতে ফাটল দেখছেন। আপনি কিছু উপকরণ বিভিন্ন বৈপরীত্য আছে. দৃশ্যমান পরিসরে হুবহু একই রকমের উপাদানগুলির শর্টওয়েভ ইনফ্রারেডে ভিন্ন প্রতিফলন থাকতে পারে, যার অর্থ হল আপনার আরও ভাল বৈসাদৃশ্য থাকতে পারে, উদাহরণস্বরূপ, আপনি যখন প্লাস্টিক বাছাই করছেন বা যখন আপনি খাবার বাছাই করছেন। অন্যান্য অ্যাপ্লিকেশন আছে, যেমন চিত্র 1 (নীচে) দেখানো হয়েছে। এটি আলোর শক্তি যা সূর্য থেকে বায়ুমণ্ডলে আসে। ধূসর হল বায়ুমণ্ডলের উপরে, এবং ফাঁকা হল যা পৃথিবীতে আসে। এবং আপনি দেখতে পাচ্ছেন যে কিছু ম্যাক্সিমা এবং মিনিমা রয়েছে। মিনিমা বায়ুমণ্ডলে জল শোষণের সাথে সম্পর্কিত। আপনি যখন কাজ করছেন তখন আপনি এই মিনিমা ব্যবহার করতে পারেন, উদাহরণস্বরূপ, সক্রিয় নির্মূল ব্যবস্থার সাথে, যার অর্থ হল আপনি কিছু আলো নির্গত করেন এবং আপনি কী বাউন্স হচ্ছে তা পরীক্ষা করেন। আইফোনের ফেস আইডি এইভাবে কাজ করে—আপনি আলো নির্গত করেন এবং কী ফিরে আসছে তা পরীক্ষা করুন। তারা প্রায় 940 ন্যানোমিটার কাজ করে। আপনি যদি দীর্ঘতর তরঙ্গদৈর্ঘ্যে যান - উদাহরণস্বরূপ, 1,400 - আপনার পটভূমি অনেক কম থাকবে, যার অর্থ হল আপনার আরও ভাল বৈসাদৃশ্য থাকতে পারে। তারপরে আপনি যদি তরঙ্গদৈর্ঘ্যে যান যেখানে এখনও প্রচুর আলো রয়েছে, আপনি অতিরিক্ত তথ্য পেতে প্যাসিভ আলোকসজ্জার সাথে এটি ব্যবহার করতে পারেন, যেমন কম আলোর ইমেজিং, যেখানে আপনার এখনও কিছু ফোটন রয়েছে।

চিত্র 1: স্বল্প-তরঙ্গদৈর্ঘ্যের ইনফ্রারেডের সম্ভাবনা। সূত্র: imec

এসই: আপনি কিভাবে এটি নির্ধারণ করেছেন?

ম্যালিনোভস্কি: আমরা যা পরীক্ষা করেছি তা হল কিভাবে এই তরঙ্গদৈর্ঘ্য অ্যাক্সেস করা যায়। সিলিকন, তার শারীরিক বৈশিষ্ট্যের কারণে, এটির জন্য ভাল নয়। প্রথাগত উপায় হল বন্ধন, যেখানে আপনি অন্য উপাদান গ্রহণ করেন — উদাহরণস্বরূপ, ইন্ডিয়াম গ্যালিয়াম আর্সেনাইড বা পারদ ক্যাডমিয়াম টেলুরাইড — এবং আপনি এটি রিডআউট সার্কিটে বন্ধন করেন। এটি বর্তমান প্রযুক্তি। এটি প্রতিরক্ষা অ্যাপ্লিকেশন, সামরিক এবং উচ্চ-সম্পদ শিল্প বা বৈজ্ঞানিকের জন্য প্রচুর ব্যবহৃত হয়। এটি ব্যয়বহুল. বন্ধন প্রক্রিয়া এবং উত্পাদন খরচের কারণে এই প্রযুক্তির সাহায্যে তৈরি সেন্সরগুলি সাধারণত কয়েক হাজার ইউরো খরচ করে। আপনি জার্মেনিয়ামের মতো আপনার প্রয়োজনীয় উপাদানগুলি বাড়াতে পারেন, তবে এটি বেশ কঠিন এবং যথেষ্ট কম শব্দ পাওয়ার ক্ষেত্রে কিছু সমস্যা রয়েছে। আমরা তৃতীয় উপায় অনুসরণ করছি, যা উপাদান জমা করছে। এই ক্ষেত্রে, আমরা জৈব পদার্থ বা কোয়ান্টাম ডট ব্যবহার করছি। আমরা এমন উপাদান নিই যা এই শর্টওয়েভ ইনফ্রারেড আলো বা কাছাকাছি ইনফ্রারেড শোষণ করতে পারে এবং আমরা এটিকে স্ট্যান্ডার্ড পদ্ধতিতে জমা করি, যেমন স্পিন আবরণ, এবং আমরা খুব পাতলা স্তর পাই। এই কারণেই আমরা এই শ্রেণীর সেন্সরকে 'পাতলা ফিল্ম ফটোডিটেক্টর সেন্সর' বলি, যেখানে উপাদানটি সিলিকনের চেয়ে অনেক বেশি শোষণকারী। এটি রিডআউট সার্কিটের উপরে একটি প্যানকেকের মতো দেখাচ্ছে।

SE: কিভাবে এটি অন্যান্য উপকরণের সাথে তুলনা করে?

ম্যালিনোভস্কি: আপনি যদি এটিকে সিলিকন ডায়োডের সাথে তুলনা করেন তবে তাদের অনেক বড় আয়তন এবং অনেক বড় গভীরতা প্রয়োজন। এবং বিশেষ করে এই দীর্ঘতর তরঙ্গদৈর্ঘ্যের জন্য, তারা কেবল স্বচ্ছ হয়ে যায়। এর বিপরীতে, থিন-ফিল্ম ফটোডিটেক্টর (TFPD) ইমেজ সেন্সরগুলিতে উপাদানের স্তুপ থাকে, যার মধ্যে ফটোঅ্যাকটিভ উপাদান যেমন কোয়ান্টাম ডট অর্গানিক ম্যাটেরিয়াল, একচেটিয়াভাবে একত্রিত করা হয়, যার মানে এটি একটি চিপ। সিলিকনের উপরে কোন বন্ধন নেই। এই পদ্ধতির সমস্যাটি ছিল যে আপনার যখন এই ধাতব ইলেক্ট্রোডের উপরে এমন একটি ফটোডিওড ইন্টিগ্রেটেড থাকে, তখন শব্দটি যথেষ্ট কম হওয়া খুব কঠিন কারণ কিছু অন্তর্নিহিত শব্দের উত্স রয়েছে যেগুলি থেকে আপনি পরিত্রাণ পেতে পারবেন না।

চিত্র 2: থিন-ফিল্ম ফটোডিটেক্টর। সূত্র: imec

এসই: আপনি কিভাবে এটি সমাধান করেছেন?

ম্যালিনোভস্কি: 1980-এর দশকের শেষের দিকে এবং 1990-এর দশকে সিলিকন ইমেজ সেন্সরগুলি যেভাবে অগ্রসর হয়েছিল আমরা সেইভাবে অনুসরণ করেছি, যেখানে তারা পিন করা ফটোডিওডগুলি প্রবর্তন করেছিল৷ আপনি ফটোডিওড এলাকাটি দ্বিগুণ করুন যেখানে ফোটনগুলি রূপান্তরিত হয় এবং রিডআউট। রিডআউটে এই পাতলা-ফিল্ম শোষকের শুধুমাত্র একটি যোগাযোগের পরিবর্তে, আমরা একটি অতিরিক্ত ট্রানজিস্টর প্রবর্তন করি। এটি হল টিএফটি, যা কাঠামোটি সম্পূর্ণরূপে ক্ষয়প্রাপ্ত হওয়ার যত্ন নেয় যাতে আমরা এই পাতলা ফিল্ম শোষণকারীতে তৈরি সমস্ত চার্জ স্থানান্তর করতে পারি এবং এই ট্রানজিস্টর কাঠামোর সাথে রিডআউটে স্থানান্তর করতে পারি। এইভাবে, আমরা উল্লেখযোগ্যভাবে শব্দ উত্স সীমিত.

SE: কেন সেন্সর ডিজাইনের জন্য শব্দ একটি সমস্যা?

ম্যালিনোভস্কি: শব্দের বিভিন্ন উৎস আছে। গোলমাল অবাঞ্ছিত ইলেকট্রনের মোট সংখ্যা হতে পারে, তবে এই ইলেকট্রনগুলি বিভিন্ন উত্স থেকে বা বিভিন্ন কারণে আসতে পারে। কিছু তাপমাত্রার সাথে সম্পর্কিত, কিছু চিপের অ-অভিন্নতার সাথে, কিছু ট্রানজিস্টর ফুটো ইত্যাদির সাথে সম্পর্কিত। এই পদ্ধতির সাথে, আমরা রিডআউট সম্পর্কিত কিছু শব্দ উত্সের উপর কাজ করছি। সমস্ত ইমেজ সেন্সরের জন্য, আপনার গোলমাল আছে, কিন্তু আপনার কাছে গোলমাল মোকাবেলার বিভিন্ন উপায় আছে। উদাহরণস্বরূপ, আইফোনের সিলিকন-ভিত্তিক সেন্সরগুলি রিডআউট সার্কিটের একটি নির্দিষ্ট নকশা সহ শব্দের উত্সগুলির সাথে মোকাবিলা করে, যার ভিত্তি 80 এবং 90 এর দশকে ফিরে যায়৷ পাতলা ফিল্ড ফটো ডিটেক্টর ব্যবহার করে এই নতুন ক্যাটাগরির ইমেজ সেন্সরগুলির সাথে আমরা যা প্রতিলিপি করার চেষ্টা করেছি তার কিছুটা এটি। এটি সেন্সরের একটি নতুন বিভাগে পুরানো ডিজাইনের কৌশলগুলির একটি অ্যাপ্লিকেশন।

এসই: আপনি কোথায় এটি ব্যবহার করা হবে বলে আশা করেন? আপনি অটোমোটিভ উল্লেখ করেছেন। এটা কি চিকিৎসা ডিভাইসের জন্যও কাজ করবে?

ম্যালিনোভস্কি: এই প্রযুক্তির জন্য সবচেয়ে বড় টান হল ভোক্তা ইলেকট্রনিক্স থেকে, যেমন স্মার্টফোন। আপনি যদি দীর্ঘতর তরঙ্গদৈর্ঘ্যে যান তবে আপনার কম বৈসাদৃশ্য থাকতে পারে, কারণ সেই তরঙ্গদৈর্ঘ্যে কেবল কম আলো থাকে, অথবা আপনি বায়ুমণ্ডলে সেই রঙের এই আলো দেখতে পারেন। এটি বর্ধিত দৃষ্টি, যার অর্থ মানুষের চোখ যা দেখতে পারে তার চেয়ে বেশি দেখা, তাই আপনার ক্যামেরার জন্য অতিরিক্ত তথ্য রয়েছে। অন্য কারণ হল দীর্ঘতর তরঙ্গদৈর্ঘ্য কিছু ডিসপ্লের মধ্য দিয়ে যাওয়া সহজ। প্রতিশ্রুতি হল যে আপনার যদি এই ধরনের সমাধান থাকে, তাহলে আপনি সেন্সর, যেমন ফেস আইডি, অন্য ডিসপ্লের পিছনে রাখতে পারেন, যা ডিসপ্লে এরিয়া বাড়াতে পারে।

চিত্র 3: উন্নত নিরাপত্তার জন্য বর্ধিত দৃষ্টি। সূত্র: imec

অন্য কারণ হল যে আপনি যদি দীর্ঘতর তরঙ্গদৈর্ঘ্যে যান তবে আপনার চোখ অনেক কম সংবেদনশীল - কাছাকাছি-ইনফ্রারেড তরঙ্গদৈর্ঘ্যের তুলনায় প্রায় পাঁচ বা ছয়টি মাত্রার, যার মানে আপনি আরও শক্তিশালী আলোর উত্স ব্যবহার করতে পারেন। সুতরাং আপনি আরও শক্তি গুলি করতে পারেন, যার অর্থ আপনার দীর্ঘ পরিসীমা থাকতে পারে। মোটরগাড়ির জন্য, আপনার অতিরিক্ত দৃশ্যমানতা থাকতে পারে, বিশেষ করে প্রতিকূল আবহাওয়ায়, যেমন কুয়াশার মাধ্যমে দৃশ্যমানতা। চিকিৎসার জন্য, এটি অগ্রিম ক্ষুদ্রকরণে সাহায্য করতে পারে। কিছু অ্যাপ্লিকেশনে, যেমন এন্ডোস্কোপি, বর্তমান প্রযুক্তি অন্যান্য উপকরণ এবং আরও জটিল একীকরণ ব্যবহার করে এবং এইভাবে ক্ষুদ্রকরণ বেশ কঠিন। একটি কোয়ান্টাম ডট পদ্ধতির সাহায্যে, আপনি খুব ছোট পিক্সেল তৈরি করতে পারেন, যার অর্থ একটি কমপ্যাক্ট ফর্ম ফ্যাক্টরে উচ্চতর রেজোলিউশন। এটি একটি উচ্চ রেজোলিউশন রাখার সময় আরও ক্ষুদ্রকরণ সক্ষম করে। উপরন্তু, আমরা কোন তরঙ্গদৈর্ঘ্যকে লক্ষ্য করি তার উপর নির্ভর করে, আমাদের কাছে জলের খুব বেশি বৈসাদৃশ্য থাকতে পারে, যা খাদ্য শিল্পের আগ্রহী হওয়ার অন্যতম কারণ। আপনি আর্দ্রতা আরও ভালভাবে সনাক্ত করতে পারেন, উদাহরণস্বরূপ, শস্যজাতীয় পণ্য যেমন সিরিয়ালগুলিতে।

চিত্র 4: সম্ভাব্য অ্যাপ্লিকেশন উত্স: imec

এসই: বর্ধিত কম আলোর দৃষ্টিভঙ্গির সাথে, এটি কি সামরিক প্রয়োগ করতে পারে?

ম্যালিনোভস্কি: এই ধরনের সেন্সরগুলি ইতিমধ্যেই সামরিক বাহিনী দ্বারা ব্যবহৃত হয়, উদাহরণস্বরূপ, লেজার রেঞ্জফাইন্ডার সনাক্ত করার জন্য। পার্থক্য হল যে সামরিক বাহিনী একটি ক্যামেরার জন্য 20,000 ইউরো প্রদান করে জরিমানা করে। স্বয়ংচালিত বা ভোক্তাদের ক্ষেত্রে তারা এই প্রযুক্তিটিও বিবেচনা করছে না, ঠিক সেই কারণে।

SE: তাহলে এখানে অগ্রগতি হল যে আপনার কাছে এমন কিছু থাকতে পারে যা ইতিমধ্যেই বিদ্যমান, কিন্তু আপনি এটি ভোক্তা-স্কেল মূল্যে পেতে পারেন?

ম্যালিনোভস্কি: ঠিক। ক্ষুদ্রকরণের কারণে এবং কীভাবে একশিলা সংহতকরণ আপনাকে প্রযুক্তিকে উন্নত করতে দেয়, আপনি ভোক্তা-স্কেল ভলিউম এবং দাম পেতে পারেন।

এসই: সেন্সর প্রযুক্তিতে আপনি অন্য কোন প্রবণতা দেখতে পান?

ম্যালিনোভস্কি: বর্তমান আলোচনার বিষয়গুলির মধ্যে একটি হল ঠিক এটি - দৃশ্যমান চিত্রের বাইরে৷ বর্তমান প্রযুক্তি ইতিমধ্যেই ছবি তোলার জন্য দুর্দান্ত। নতুন প্রবণতা হল সেন্সর যা অ্যাপ্লিকেশনের জন্য আরও নিবেদিত। আউটপুট একটি সুন্দর ছবি হতে হবে না. এটি নির্দিষ্ট তথ্য হতে পারে। ফেস আইডি দিয়ে, আউটপুট আসলে এক বা শূন্য হতে পারে। হয় ফোনটি আনলক করা আছে বা এটি নেই। মুখের ছবি দেখতে হবে না। কিছু আকর্ষণীয় পদ্ধতিও আসছে, যেমন পোলারাইজড ইমেজার, যা পোলারাইজিং গ্লাসের মতো। তারা কিছু প্রতিফলন জন্য ভাল দেখতে. ইভেন্ট-ভিত্তিক ইমেজার রয়েছে, যারা শুধুমাত্র দৃশ্যের পরিবর্তনের দিকে নজর দেয় — উদাহরণস্বরূপ, যদি আপনি একটি মেশিনের কম্পন অধ্যয়ন করেন বা দোকানের পাশ দিয়ে যাওয়া লোকদের গণনা করেন। আপনার যদি একটি স্বায়ত্তশাসিত ড্রাইভিং সিস্টেম থাকে তবে আপনার একটি সতর্কতা প্রয়োজন যে একটি আসন্ন বাধা রয়েছে এবং আপনার ব্রেক করা উচিত। আপনার সুন্দর ছবি লাগবে না। এই প্রবণতা মানে অনেক বেশি ফ্র্যাগমেন্টেশন, কারণ এটি অনেক বেশি অ্যাপ্লিকেশন-নির্দিষ্ট। এটি লোকেদের ইমেজ সেন্সর ডিজাইন করার উপায় পরিবর্তন করে কারণ তারা ছবির গুণমান অপ্টিমাইজ করার পরিবর্তে একটি নির্দিষ্ট অ্যাপ্লিকেশনের জন্য যথেষ্ট ভাল কী তা দেখে। ছবির গুণমান সর্বদা গুরুত্বপূর্ণ, তবে কখনও কখনও আপনার এমন কিছু সাধারণ প্রয়োজন যা কেবল কাজ করে।

এসই: এটা কি মানুষ নাকি গাছ তা জানা গুরুত্বপূর্ণ, নাকি এখনই ব্রেক করা দরকার তা জানা যথেষ্ট?

ম্যালিনোভস্কি: স্বয়ংচালিত শিল্পে, এখনও একটি বিতর্ক আছে। কিছু লোক সমস্ত বস্তুকে শ্রেণীবদ্ধ করতে চায়। তারা জানতে চায় যে এটি একটি শিশু, একটি বাইকার বা একটি গাছ। কেউ কেউ বলে, 'এটি পথে আছে কিনা তা আমার জানা দরকার, কারণ আমাকে ব্রেক ট্রিগার করতে হবে।' তাই একটি উত্তর নেই।