【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】中國科學(xué)院微電子研究所重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室與中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)合作，首次實(shí)現(xiàn)基于超寬禁帶半導(dǎo)體材料Ga2O3的背照式主動紫外圖像傳感器陣列，并在極弱光照條件下實(shí)現(xiàn)了成像。
紫外成像在航天與醫(yī)療等領(lǐng)域頗具應(yīng)用價值。目前，高性能、低成本的紫外成像芯片難以獲得。同時，基于Ⅲ-Ⅴ/Ⅱ-Ⅵ等寬禁帶半導(dǎo)體的紫外探測器難以與Si基讀出電路實(shí)現(xiàn)大規(guī)模集成，這限制了高性能紫外成像芯片的制造與應(yīng)用。
氧化鎵是一種無機(jī)化合物，化學(xué)式為Ga2O3。別名三氧化二鎵，是一種寬禁帶半導(dǎo)體，其導(dǎo)電性能和發(fā)光特性長期以來一直引起人們的注意。Ga2O3是一種透明的氧化物半導(dǎo)體材料，在光電子器件方面有廣闊的應(yīng)用前景 ，被用作于Ga基半導(dǎo)體材料的絕緣層，以及紫外線濾光片，它還可以用作O2化學(xué)探測器。
研究采用CMOS工藝兼容的IGZO TFT驅(qū)動Ga2O3紫外探測器，實(shí)現(xiàn)單片集成32×32紫外成像陣列。IGZO TFT器件表現(xiàn)出極低的漏電和驅(qū)動能力以及在正負(fù)偏壓下良好的穩(wěn)定性。Ga2O3探測器具有極低的噪聲，對紫外光表現(xiàn)出極高的靈敏度，可實(shí)現(xiàn)對低至1pW/cm2的紫外光進(jìn)行探測。
通過外圍電路進(jìn)行信號讀取和處理，該圖像傳感器實(shí)現(xiàn)了在弱光下的成像應(yīng)用。該成果為基于Ⅲ-Ⅴ/Ⅱ-Ⅵ等材料的可擴(kuò)展、高密度圖像傳感器集成與應(yīng)用提供了新的思路和解決方法。
相關(guān)研究成果(First Demonstration of High-Sensitivity (NEP<1fW·Hz-1/2) Back-Illuminated Active-Matrix Deep UV Image Sensor by Monolithic Integration of Ga2O3 Photodetectors and Oxide Thin-Film-Transistors)入選2022 VLSI。
圖1.單片集成1T1PD圖像傳感器結(jié)構(gòu)圖
圖2.該工作與其他已報道的深紫外探測器性能對比
圖3.單片集成Ga2O3紫外成像系統(tǒng)
圖4.基于Ga2O3 PD/IGZO TFT圖像傳感器在不同強(qiáng)度深紫外光照下的成像情況
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