Исследователи разрабатывают первую матрицу широкополосных датчиков изображения на основе интеграции графена и КМОП

За последние 40 лет микроэлектроника продвинулась вперед семимильными шагами благодаря технологии кремния и дополнительных металлооксидных полупроводников (КМОП), что позволило создать компьютеры, смартфоны, компактные и недорогие цифровые камеры, а также большинство электронных гаджетов, которым мы доверяем. на сегодня.

Однако диверсификация этой платформы в приложения, отличные от микросхем и камер видимого света, затруднена из-за сложности объединения некремниевых полупроводников с КМОП.

Исследователи ICFO теперь преодолели это препятствие, впервые продемонстрировав монолитную интеграцию интегральной схемы КМОП с графеном, что привело к получению изображения с высоким разрешением. датчик изображений состоящий из сотен тысяч фотодетекторов на основе графена и квантовых точек (КТ). Они внедрили его в цифровую камеру, которая очень чувствительна одновременно к ультрафиолетовому, видимому и инфракрасному свету. Никогда раньше этого не достигалось с помощью существующих датчиков изображения. В целом, эта демонстрация монолитной интеграции графена с КМОП позволяет реализовать широкий спектр оптоэлектронных приложений, таких как маломощная оптическая передача данных, а также компактные и сверхчувствительные сенсорные системы.

Исследование было опубликовано в Природная фотоника, и выделено на изображении на передней обложке. Работу провела ICFO в сотрудничестве с компанией Graphenea. Датчик изображения графен-КТ был изготовлен из коллоидного PbS. квантовые точки, нанесение их на CVD-графен и последующее нанесение этой гибридной системы на CMOS-пластину с кристаллами датчика изображения и схемой считывания. Как комментирует Стейн Гуссенс: «Для создания этого КМОП-датчика изображения на основе графеновых квантовых точек не потребовалось никаких сложных процессов обработки материала или выращивания. Его оказалось легко и дешево изготовить при комнатной температуре и в условиях окружающей среды, что означает значительное снижение производственных затрат. Кроме того, благодаря своим свойствам его можно легко интегрировать в гибкие подложки, а также в интегральные схемы типа КМОП».

«Мы спроектировали КТ так, чтобы они распространялись на короткий инфракрасный диапазон спектра (1100–1900 нм), до такой степени, что мы смогли продемонстрировать и обнаружить ночное свечение атмосферы на темном и ясном небе, обеспечивая пассивное ночное видение. Эта работа показывает, что этот класс фототранзисторов может быть способом получения высокочувствительного и недорогого инфракрасного изображения. датчики работая при комнатной температуре, мы обращаемся к огромному инфракрасному рынку, который в настоящее время жаждет дешевых технологий», — говорит Гуссенс.

«Разработка этого монолитного датчика изображения на основе КМОП представляет собой важную веху для недорогих широкополосных и гиперспектральных систем визуализации с высоким разрешением», — говорит профессор ICREA Фрэнк Коппенс. Он говорит, что «в целом технология графена-КМОП позволит реализовать огромное количество приложений, включая безопасность, охрану, недорогие карманные камеры и камеры для смартфонов, системы управления огнем, пассивные камеры ночного видения и ночного наблюдения, автомобильные сенсорные системы, медицинские приложения для визуализации, инспекция пищевых продуктов и фармацевтических препаратов, мониторинг окружающей среды и многое другое».