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用石墨烯-CMOS集成器件看不见

鏃ユ湡;2019-06-15  鏉ユ簮锛毼粗  浣滆咃細admin

  硅基CMOS(互补金属氧化物半导体)技术真正塑造了我们的世界。它支持我们今天所依赖的大多数电子产品,包括计算机,智能手机和数码相机。然而,为了继续电子工业的发展,必须开发新技术,其关键特征是能够将CMOS与其他半导体集成。现在,来自ICFO(巴塞罗那光子科学研究所)的Graphene旗舰研究人员已经证明,将石墨烯整合到CMOS集成电路中是可能的。

  在他们发表在Nature Photonics期刊上的论文中,他们将这种石墨烯-CMOS器件与量子点结合起来,创建了一个光电探测器阵列,从而产生了高分辨率的图像传感器。当用作数码相机时,该设备能够同时感测紫外线,可见光和红外线。这只是该器件如何使用的一个例子,其他包括微电子,传感器阵列和低功率光子学。

  “这种单片CMOS图像传感器的开发代表了低成本,高分辨率宽带和高光谱成像系统的里程碑”ICFO的ICREA教授Frank Koppens强调说。他保证,“一般来说,石墨烯-CMOS技术将实现大量应用,包括安全性,安全性,低成本口袋和智能手机相机,火控系统,被动夜视和夜间监控摄像头,汽车传感器系统,医疗成像应用,食品和药品检验以及环境监测,仅举几例。“

  这些结果得益于Graphene旗舰合作伙伴Graphenea(西班牙石墨烯供应商)与ICFO之间在石墨烯旗舰光电子工作包中的合作。

  通过使用分层和图案化方法在CMOS晶圆上创建混合石墨烯和量子点系统,旗舰团队通过一个简单的解决方案解决了一个复杂的问题。首先沉积石墨烯,然后图案化以限定像素形状,最后添加一层PbS胶体量子点。该系统的光响应基于光照效应,其在量子点层吸收光并将其作为光生空穴或电子转移到石墨烯时开始,其中它们由于在两个像素触点之间施加的偏压而循环。然后通过石墨烯的电导率变化来感测光信号,石墨烯的高电荷迁移率允许器件的高灵敏度。

  正如Stijn Goossens评论的那样,“实现这种石墨烯 - 量子点CMOS图像传感器不需要复杂的材料加工或生长过程。在室温和环境条件下制造它变得容易和便宜,这意味着生产成本大幅降低。更进一步,由于其特性,它可以很容易地集成在柔性基板和CMOS型集成电路上。“

  目前,ICFO的Launchpad孵化器正在探索这项研究的商业应用以及成像和传感技术的潜力。

  Graphene旗舰公司科学技术官兼管理小组主席Andrea Ferrari教授补充说:“石墨烯与CMOS技术的整合是未来石墨烯在消费电子产品中实施的基石。这项工作是关键的第一步,显然证明了这种方法的可行性。旗舰公司对石墨烯的系统级集成进行了大量投资,随着技术和创新路线图的推进,这将增加。


 
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