微电子所在Ga2O3深紫外图像传感器领域取得重要进展

中科院微电子研究所 20220708

  • 光电传感器
  • Ga2O3紫外探测器
  • CMOS兼容集成技术

紫外成像在军事，航天，医疗等领域具有广泛用途。但高性能、低成本的紫外成像芯片目前还难以获得。且基于Ⅲ-Ⅴ/Ⅱ-Ⅵ等宽禁带半导体的紫外探测器难以与Si基读出电路实现大规模集成，这限制了高性能紫外成像芯片的制造与应用。
针对上述问题，微电子所重点实验室科研人员首次实现基于超宽禁带半导体材料Ga2O3的背照式主动紫外图像传感器阵列，并在极弱光照条件下实现了成像。研究人员采用CMOS工艺兼容的IGZO TFT驱动Ga2O3紫外探测器，实现单片集成32×32紫外成像阵列。IGZO TFT器件表现出极低的漏电和驱动能力，以及在正负偏压下良好的稳定性。Ga2O3探测器具有极低的噪声，对紫外光表现出极高的灵敏度，能够实现对低至1pW/cm2的紫外光进行探测。通过外围电路进行信号读取和处理，该图像传感器实现了在弱光下的成像应用。该工作为基于Ⅲ-Ⅴ/Ⅱ-Ⅵ等材料的可扩展、高密度图像传感器集成与应用提供了新的思路和解决方法。
基于该成果的文章“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”入选2022 VLSI。微电子所覃愿博士为第一作者，陆丛研助理研究员和余兆安高级工程师为共同一作，中科大龙世兵教授和微电子所李泠研究员为通讯作者。

图1. 单片集成1T1PD图像传感器结构图

图2. 该工作与其他已报道的深紫外探测器性能对比

图3.单片集成Ga2O3紫外成像系统

图4. 基于Ga2O3PD/IGZO TFT图像传感器在不同强度深紫外光照下的成像情况



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