研究人员将薄膜固定光电二极管集成到卓越的短波红外成像传感器中

Imec在SWIR图像传感器中集成了薄膜固定光电二极管

Imec是纳米电子学和数字技术的研究和创新中心，展示了在薄膜图像传感器中成功集成固定光电二极管结构。

通过增加一个固定光门和一个转移门，薄膜成像仪的优越吸收品质(波长超过1 μ m)最终可以被利用，以一种经济有效的方式释放出对可见光以外的光的传感潜力。

探测可见光以外的波长，例如红外线，具有明显的优势。应用程序包括自动驾驶汽车上的摄像头，可以透过烟雾或雾“看到”，以及通过面部识别解锁智能手机的摄像头。虽然可见光可以通过硅基成像仪检测到，但其他半导体对于更长的波长是必要的，比如短波红外(SWIR)。

使用III-V材料可以克服这种检测限制。然而，制造这些吸收剂的成本很高，限制了它们的使用。相比之下，使用薄膜吸收剂(如量子点)的传感器最近成为一种很有前途的替代方案。它们具有优越的吸收特性和与传统(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。

在20世纪80年代，钉扎光电二极管（PPD）结构被引入硅CMOS图像传感器。这种结构引入了一个额外的晶体管栅极和一个特殊的光电探测器结构，通过它可以在积分开始之前完全耗尽电荷（允许在没有kTC噪声和前一帧影响的情况下进行重置操作）。

因此，由于较低的噪声和改进的电源性能，PPD在硅基图像传感器的消费市场上占据主导地位。除了硅成像之外，由于两种不同的半导体系统难以杂交，迄今为止还不可能结合这种结构。

现在，imec证明了PPD结构在基于薄膜的图像传感器的读出电路中的成功结合；这是同类中的第一个。

SWIR量子点光电探测器与基于铟镓锌氧化物（IGZO）的薄膜晶体管单片杂交成PPD像素。该阵列随后在CMOS读出电路上进行处理，以形成优异的薄膜SWIR图像传感器。

imec项目负责人Nikolas Papadopoulos表示：“与传统3T传感器的>100e相比，原型4T图像传感器显示出6.1e的显著低读出噪声，证明了其卓越的噪声性能。”。结果，可以以更少的噪声、失真或干扰以及更高的精度和细节来捕获红外图像。

像素创新imec项目经理Pawel Malinowski补充道，“在imec，由于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成像器世界的前沿。通过实现这一里程碑，我们超越了当前像素架构的限制，展示了一种将性能最 佳的量子点SWIR像素与价格合理的制造相结合的方法。”

“未来的步骤包括在不同类型的薄膜光电二极管中优化这项技术，并将其在传感器中的应用范围扩大到硅成像之外。我们期待着与行业合作伙伴合作，进一步推进这些创新。”