IMEC正在開發(fā)高分辨率短波紅外線圖像傳感器原型

據(jù)外媒報道，比利時歐洲微電子中心（Imec）的研究人員研發(fā)了一款高分辨率短波紅外線（SWIR）圖像傳感器原型，像素間距小至1.82 m，刷新記錄。

該款傳感器基于一個薄膜光電探測器打造，而該光電探測器單片集成于定制化硅-互補金屬氧化物半導體（Si-CMOS）讀出電路上。研究人員采用了可與晶圓廠兼容的工藝流程，為大規(guī)模生產晶圓級傳感器鋪平了道路。此次研發(fā)的技術在像素間距和分辨率方面都大大超越了現(xiàn)有的銦鎵砷（InGaAs）SWIR圖像傳感器，而且具有很大的成本和尺寸優(yōu)勢，甚至可以應用于工業(yè)機器視覺、智能基礎設施、汽車、監(jiān)控、生命科學和消費電子產品等對成本要求比較高的新應用。

在某些應用中，短波紅外線（SWIR）波長范圍（1400納米至2000納米以上）內的傳感性能比可見光（VIS）和近紅外波長內的傳感性能更具優(yōu)勢。例如，SWIR圖像傳感器能夠穿透煙或霧，甚至穿透硅，而硅與檢查和工業(yè)機器視覺應用息息相關。截至目前，人們一直采用一種混合技術制造SWIR圖像傳感器，將基于III-V的光電探測器（通常基于InGaAs制造）反轉連接到硅讀出電路。此類傳感器具有高靈敏性，但是大規(guī)模生產該項技術十分昂貴，而且在像素的尺寸和數(shù)量上具有局限性，也阻礙其在看重成本、分辨率以及/或尺寸的市場中得到采用。

IMEC提出了一種替代性解決方案，通過將薄膜光電探測器堆棧單片集成于Si-CMOS讀出電路上，制成了具有小至1.82 m、創(chuàng)紀錄像素間距的圖像傳感器。與1400納米波長的峰值吸收層相對應，該款光電探測器像素堆棧實現(xiàn)了一個薄薄的吸收層，如5.5納米PbS量子點。通過調節(jié)納米晶體的尺寸可以調節(jié)峰值吸收波長，并可將波長擴展至2000納米以上。在SWIR峰值波長處，可實現(xiàn)18%的外量子效率（EQE）（并可進一步提高到50%）。其中，光電探測器單片集成至一個定制的讀出電路，采用130納米CMOS技術進行處理。在該讀出電路中，采用三像素設計優(yōu)化法以在130納米技術節(jié)點內縮放像素尺寸，最終讓該SWIR圖像傳感器原型的像素小至創(chuàng)紀錄的1.82 m。

IMEC薄膜圖像傳感器項目主管Pawel Malinowski表示： “利用此次研發(fā)的緊湊高分辨率SWIR圖像傳感器技術，我們?yōu)榭蛻籼峁┝艘粭l能夠在IMCE的200毫米設備中實現(xiàn)廉價低量生產的途徑。此類圖像傳感器可應用于工業(yè)機器視覺（如光伏太陽能電板監(jiān)測）、智能農業(yè)（如檢查和分類）、汽車、監(jiān)控、生命科學（如無透鏡成像）等領域。由于此類傳感器尺寸小，因而可集成至智能手機或AR/VR眼鏡等小型攝像頭中，而且還配備了對人眼安全的SWIR光源。未來，該技術還可能獲得一些令人興奮的發(fā)展，如提升EQE（目前測試樣品在SWIR中的效率已達50%）、降低傳感器噪音、引入具有定制化模式方法的多光譜陣列等?！?/p>

該款SWIR圖像傳感器原型由IMEC的像素技術探測（Pixel Technology Explore）研究項目研發(fā)，在此次項目中，IMEC與材料公司、圖像傳感器公司、設備供應商和技術集成商合作，研發(fā)了實用的創(chuàng)新定制化CMOS成像技術。
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