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06-18
半导体核心技术编译IMEC《Nature Electronics》IMEC发表的结果揭示了薄膜传感器在红外成像方面的潜力 近日，全球领先的纳米 IMEC（电子和数字技术研究与创新中心）展示了固定光电二极管结构在薄膜图像传感器中的成功集成。
通过添加固定光电光栅和透射光栅，最终可以利用薄膜成像器（超过 1μm 波长）的优异吸收特性，从而以经济高效的方式释放出传感可见光范围以外的光的潜力。
检测可见光以外的波长（例如红外光）具有明显的优势。
应用包括自动驾驶汽车中可以“透视”烟雾或雾气的摄像头，以及通过面部识别解锁智能手机的摄像头。
虽然可以使用硅基成像仪检测可见光，但对于更长的波长，例如短波红外 (SWIR)，则需要其他半导体。
使用 III-V 族材料可以克服这种检测限制。
然而，制造这些吸收器的高成本限制了它们的使用。
相比之下，最近使用薄膜吸收器（例如量子点）的传感器已成为一种非常有前途的替代品。
它具有出色的吸收特性以及与传统 (CMOS) 读出电路集成的潜力。
然而，这种红外传感器的噪声性能较差，导致图像质量较差。
早在 20 世纪 80 年代，硅基 CMOS 图像传感器就引入了钉扎光电二极管 (PPD) 结构。
这种结构引入了额外的晶体管栅极和特殊的光电探测器结构，通过该结构可以在积分开始之前完全耗尽电荷（允许复位操作而没有 kTC 噪声和前一帧的影响）。
因此，PPD 凭借更低的噪声和更高的功耗性能在硅基图像传感器的消费市场中占据主导地位。
除了硅基成像之外，由于混合两种不同半导体系统的困难，这种结构的集成直到现在才成为可能。
现在，IMEC已经展示了将PPD结构成功集成到薄膜图像传感器的读出电路中；同类中的第一个。
SWIR 量子点光电探测器与基于氧化铟镓锌 (IGZO) 的薄膜晶体管单片混合，形成 PPD 像素。
然后该阵列在 CMOS 读出电路上进行处理，形成高质量的薄膜 SWIR 图像传感器。
IMEC“薄膜引脚光电二极管”项目负责人 Nikolas Papadopoulos 表示：“原型 4T 图像传感器显示出 6.1e- 的显着低读出噪声，而传统 3T 传感器的读出噪声超过 e-，展示了其“出色的噪声性能”，因此可以以更少的噪声、失真或干扰以及更高的精度和细节捕获红外图像。
IMEC“像素创新”项目经理 Pawel Malinowski 补充道：“在 IMEC，凭借我们在薄膜光电二极管、IGZO、图像传感器和薄膜晶体管方面的综合专业知识，我们处于连接红外和红外领域的最前沿。
通过实现这一里程碑，我们超越了当前的像素架构限制，并展示了一种将性能最佳的量子点短波红外像素与具有成本效益的制造相结合的方法，包括在各种类型的薄膜光电二极管技术中进行优化。
并将其应用扩展到硅成像以外的传感器领域。
我们期待与行业合作伙伴合作，进一步推动这些创新战略。
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