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图1基于CMOS-量子点的石墨烯传感器,可用于可视紫外线、可见光和红外线相机。图片:ICFO / d . Bartolome
在过去的40年中,微电子技术突飞猛进,这主要得益于硅和CMOS(互补金属氧化物半导体)技术,正是基于此,才有可能制造出计算机、智能手机、小巧且低成本数码相机以及我们今天所依赖的大多数电子产品。然而,由于难以将除硅以外的半导体与CMOS结合起来,使得这个平台除微电路和可见光摄像机以外变得更加复杂多样。
现如今这个障碍已经克服了。 ICFO研究人员首次展示了CMOS集成电路与石墨烯的单片集成,由此产生了一种高分辨率图像传感器,它主要是基于石墨烯和量子点(QD)的数十万光电探测器而成。研究人员将其作为数字照相机,发现其对紫外线、可见光和红外线高度敏感。这在现有的成像传感器之前从未实现过。总的来说,这种石墨烯与CMOS的单片式集成的演示能够使光电子应用更加广泛,例如低功率的光学数据通信和紧凑、超灵敏的传感系统。
该研究发表在《自然光子学杂志》中,并在封面图片上进行了强调。这项工作由ICFO的研究人员Stijn Goossens、Gabriele Navickaite、Carles Monasterio、Shuchi Gupta、Juan Jose Piqueras、Raul Perez、Gregory Burwell、Ivan Nitkitsky、Tania Lasant、Teresa Galan、Eric Puma以及ICREA教授Frank Koppens领导, Gerasimos Konstantatos与Graphenea公司合作。通过利用PBS胶体量子点,将其沉积在CVD石墨烯上制备出石墨烯量子点图像传感器,并将其沉积在具有图像传感器和读出电路的CMOS芯片上。正如Stijn Goossens所言:“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工艺。很容易在室温环境条件下制造出这种产品并且便宜,这意味着生产成本大幅度降低。更重要的是,由于它的特性,它可以轻松集成到柔性基板以及CMOS型集成电路上。
ICFO的ICREA教授、量子点石墨烯研究专家Gerasimos Konstantatos评论说:“我们设计了量子点,并将其扩展到光谱的短红外范围( 1100到1900nm ),我们能够在黑暗和透明的天空上演示,并且能够探测大气的夜间辉光。这项研究表明,这类光电晶体管可能是一种高灵敏度、低成本、红外图像传感器,可在室温下操作,并且解决了目前对廉价技术的渴求。ICREA教授强调:“这种整体式CMOS图像传感器的发展是低成本、高分辨率宽带和高光谱成像系统的一个里程碑。” 他还保证:“总的来说,石墨烯-CMOS技术将能够实现大量的应用,从安全性、低成本口袋和智能手机摄像头、火控系统、被动夜视和夜间监视摄像机、汽车传感器系统、医学成像应用、食品和药物检测到环境监测,不一而足。"这个项目目前正在icfo的发射台里酝酿。该团队正在与该研究所的技术转让专业人员合作,将这一突破及其完整的专利成像和传感技术专利组合推向市场。
这项研究得到了欧洲石墨烯、欧洲研究委员会、加泰罗尼亚政府、FundacióCellex以及西班牙政府Severo Ochoa Excellence计划的部分支持。
原文出自:cemag网站,由材料科技在线团队翻译整理。