傳感器里程碑：石墨烯CMOS技術(shù)

傳感器里程碑：石墨烯CMOS技術(shù)

硅基CMOS技術(shù)是當(dāng)今大多數(shù)電子產(chǎn)品依賴的主要技術(shù)。然而，為了電子行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，新技術(shù)必須開(kāi)發(fā)具有能將CMOS與其他半導(dǎo)體器件集成的能力。歐洲最大的一項(xiàng)研究計(jì)劃石墨烯旗艦項(xiàng)目(Graphene Flagship)，即以10億歐元的預(yù)算將實(shí)驗(yàn)室石墨烯轉(zhuǎn)向市場(chǎng)，參與市場(chǎng)化競(jìng)爭(zhēng)。

現(xiàn)在，來(lái)自巴塞羅那光電科學(xué)研究所ICFO的石墨烯旗艦項(xiàng)目研究人員，宣稱已經(jīng)可以將石墨烯整合到CMOS集成電路中。這項(xiàng)工作在“Nature Photonics”上發(fā)表。

該團(tuán)隊(duì)將石墨烯CMOS器件與量子點(diǎn)相結(jié)合，以形成一個(gè)陣列的光電探測(cè)器，產(chǎn)生高分辨率圖像傳感器。當(dāng)作數(shù)碼相機(jī)使用時(shí)，該設(shè)備能夠同時(shí)感測(cè)紫外光、可見(jiàn)光和紅外光。科學(xué)家們說(shuō)，這只是這個(gè)器件可能應(yīng)用的一個(gè)例子，也可能應(yīng)用在微電子學(xué)、傳感器陣列和低功率光子學(xué)。

ICFO的ICREA教授Frank Koppens評(píng)論說(shuō)：“這種單片CMOS為基礎(chǔ)的圖像傳感器的發(fā)展是一個(gè)里程碑，因?yàn)樗麄兪堑统杀?、具有高分辨率寬帶而且高光譜成像的系統(tǒng)。他補(bǔ)充說(shuō)：“一般來(lái)說(shuō)，石墨烯CMOS技術(shù)將能夠?qū)崿F(xiàn)大量應(yīng)用，范圍包括安全、安保、低成本微型智能手機(jī)相機(jī)、消防系統(tǒng)、被動(dòng)夜視儀和夜間監(jiān)控?cái)z像頭、汽車(chē)傳感器系統(tǒng)、醫(yī)療成像應(yīng)用以及食品和藥品檢驗(yàn)到環(huán)境監(jiān)測(cè)?！?br>
這些結(jié)果是由石墨烯旗艦項(xiàng)目合作伙伴Graphenea(西班牙石墨烯供應(yīng)商)和ICFO在石墨烯旗艦項(xiàng)目的光電工程包中進(jìn)行合作實(shí)現(xiàn)的。

通過(guò)使用分層和圖案化方法在CMOS晶片上創(chuàng)建混合石墨烯和量子點(diǎn)系統(tǒng)，該項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)聲稱通過(guò)簡(jiǎn)單的方案解決了一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題：首先沉積石墨烯，然后圖案化以定義像素形狀，最后添加一層PbS膠體量子點(diǎn)。

該系統(tǒng)的光響應(yīng)基于光門(mén)效應(yīng)，其起始于量子點(diǎn)層吸收光并將其作為光生空穴或電子轉(zhuǎn)移到石墨烯，由于施加在兩個(gè)像素觸點(diǎn)之間的偏置電壓使得它們循環(huán)往復(fù)。之后通過(guò)石墨烯電導(dǎo)率的變化來(lái)感測(cè)光信號(hào)，由于石墨烯的高電荷遷移率，使得此器件具有高靈敏度。

Stijn Goossens研究員評(píng)論說(shuō)：“實(shí)現(xiàn)這種石墨烯-量子點(diǎn)CMOS圖像傳感器不需要復(fù)雜的材料處理或生長(zhǎng)工藝。在室溫和環(huán)境條件下，制備簡(jiǎn)單且價(jià)格低廉，這意味著生產(chǎn)成本的大幅度降低。更重要的是，由于其性能可以輕松集成到柔性基板以及CMOS型集成電路上。

這項(xiàng)研究的商業(yè)用途以及成像和傳感技術(shù)的潛能現(xiàn)在正在ICFO的Launchpad孵化器中探索。

科學(xué)技術(shù)官兼石墨烯旗艦項(xiàng)目管理小組主席Andrea Ferrari教授補(bǔ)充說(shuō)：“石墨烯與CMOS技術(shù)的融合是未來(lái)石墨烯進(jìn)入消費(fèi)電子產(chǎn)品的基石，這一工作清楚地表明了這種方法的可行性。旗艦項(xiàng)目對(duì)石墨烯的系統(tǒng)級(jí)整合進(jìn)行了大量投資，并將隨著技術(shù)和創(chuàng)新路線圖的不斷發(fā)展繼續(xù)增大投入。”

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