2. 量子效率定义：什么是量子效率？内部量子效率与外部量子效率的区别
好，我们直接进入正题。量子效率（QE）这个词，做图像传感器的没人能绕开。说白了，它就是衡量传感器把光子转换成电子的能力有多强。
我个人习惯把量子效率理解成传感器的“视力表”。你视力越好，看到的光子就越多，转换出来的电子也就越多。反之，如果量子效率低，就像近视眼一样，明明光线很强，拍出来的图像还是暗乎乎的。
2.1 什么是量子效率？
量子效率的定义其实很简单：传感器收集到的电子数与入射到像素上的光子数之比。
公式长这样：
QE = (收集到的电子数) / (入射光子数) × 100%举个例子。假设有100个光子打到你的像素上，最终你读出了80个电子，那量子效率就是80%。剩下的20个光子去哪了？嗯，这里要注意——它们可能被反射了、被吸收了、或者产生了电子但没被收集到。
核心要点：量子效率是一个波长相关的参数。同一个传感器，对红光、绿光、蓝光的响应完全不同。设计时不能只看一个QE值，要看QE曲线。
2.2 内部量子效率（IQE）
内部量子效率，关注的是半导体材料本身的光电转换能力。
它的定义是：
IQE = (产生的电子-空穴对数) / (被吸收的光子数) × 100%这里只考虑那些真正被像素吸收的光子。反射掉的、透射过去的光子，统统不算数。
我在项目中遇到过一种情况：用同样的硅材料，不同工艺线做出来的IQE能差10%以上。为什么？因为表面复合、缺陷密度、掺杂浓度这些因素，都会影响光生载流子的产生效率。
IQE的理想值可以接近100%。但现实中，受限于：
- 俄歇复合——高注入条件下，电子和空穴还没被收集就复合掉了
- SRH复合——缺陷能级引入的复合中心，把载流子“吃掉”了
- 表面复合——像素表面的悬挂键，是载流子的杀手
所以IQE能做到90%以上，已经算很不错的工艺了。
2.3 外部量子效率（EQE）
外部量子效率，才是我们真正关心的系统级指标。
它的定义是：
EQE = (收集到的电子数) / (入射到传感器表面的光子数) × 100%注意，这里的分母是入射到传感器表面的光子数，不是被吸收的光子数。也就是说，EQE把所有的损失都算进去了：反射损失、透射损失、微透镜耦合损失、金属遮挡损失……
你想想看，一个像素的EQE通常只有IQE的60%-80%。那20%-40%的差距，就是被这些“外部因素”吃掉的。
我的经验：设计像素时，我习惯先看IQE，判断工艺本身有没有问题。然后再看EQE，找系统层面的瓶颈。如果IQE很高但EQE很低，问题大概率出在微透镜、抗反射层或者像素开口率上。
2.4 IQE与EQE的核心区别
我把两者的区别整理成了一张表，方便你对照：
| 对比项 | 内部量子效率（IQE） | 外部量子效率（EQE） |
|---|---|---|
| 关注对象 | 半导体材料本身 | 整个像素系统 |
| 分母 | 被吸收的光子数 | 入射到表面的光子数 |
| 包含损失 | 仅复合损失 | 反射、透射、遮挡、复合等全部损失 |
| 典型值 | 70%-95% | 40%-75% |
| 优化方向 | 工艺质量、缺陷控制 | 光学设计、像素结构 |
两者的关系也很直接：
EQE = IQE × (被吸收的光子数 / 入射光子数)括号里的比值，就是像素的光学效率。它包含了微透镜的聚光效率、抗反射层的减反效果、金属布线的遮挡比例等等。
2.5 为什么这个区别很重要？
我曾经帮一个团队debug，他们的传感器在近红外波段QE特别低。一开始大家以为是硅材料本身吸收弱，想换材料。但我让他们先测IQE——结果IQE很正常，85%以上。问题出在哪？出在微透镜和抗反射层对近红外光的匹配不好，导致大部分光根本没进到硅里。
你看，如果不区分IQE和EQE，你可能会花大价钱去改工艺，结果问题其实在光学端。
避坑指南：千万不要只看数据手册上的QE峰值就以为传感器性能好。一定要看全波段的EQE曲线，尤其是你关心的应用波段。我曾经见过一款传感器，峰值QE有75%，但在450nm蓝光波段只有20%——做机器视觉的客户买回去才发现拍蓝色物体一片漆黑。
2.6 知识结构图
下面这张图，帮你理清IQE和EQE在整个光电转换链条中的位置：
从这张图可以看得很清楚：光子从入射到最终被收集，要经历光学损失、吸收、复合损失三道关卡。IQE只关心“吸收后”的效率，EQE则把整个链条都算进去了。
2.7 小结
量子效率不是玄学，它是可以拆解、可以优化的。记住三点：
- IQE看工艺——材料质量、缺陷密度、复合寿命
- EQE看系统——光学设计、像素结构、开口率
- 两者结合才能定位问题——光看一个指标，容易误诊