Imec是纳米电子和数字技术的研究和创新中心，展示了将固定光电二极管结构成功集成到薄膜图像传感器中的成果。

该报告发表在《自然电子》2023年8月版上，标题为“具有固定光电二极管结构的薄膜图像传感器”。初步结果已在2023年国际图像传感器研讨会上公布。

通过添加固定光电门和传输门，薄膜成像器的卓越吸收质量(超过1µm波长)最终可以得到利用，从而以经济高效的方式释放出传感可见光以外的光的潜力。

检测可见光以外的波长(例如红外光)具有明显的优势。应用包括自动驾驶汽车中用于“透视”烟雾或雾气的摄像头，以及通过人脸识别解锁智能手机的摄像头。虽然可以通过硅成像仪检测可见光，但对于更长的波长，例如短波红外(SWIR)，还需要其他半导体。

使用III-V族材料可以克服这种检测限制。然而，制造这些吸收器的成本昂贵，限制了它们的使用。相比之下，使用薄膜吸收器(例如量子点)的传感器最近已成为一种有前途的替代品。它们具有卓越的吸收特性以及与传统(CMOS)读出电路集成的潜力。然而，这种红外传感器的噪声性能较差，导致图像质量较差。

20世纪80年代，硅CMOS图像传感器引入了钉扎光电二极管(PPD)结构。这种结构引入了一个额外的晶体管栅极和一个特殊的光电探测器结构，通过该结构，可以在积分开始之前完全耗尽电荷(允许复位操作，而没有kTC噪声，也没有前一帧的影响)。

因此，由于较低的噪声和改进的功率性能，PPD在硅基图像传感器的消费市场中占据主导地位。除了硅成像之外，由于混合两种不同的半导体系统的困难，到目前为止整合这种结构是不可能的。

现在，imec展示了将PPD结构成功融入薄膜图像传感器的读出电路中;同类中的第一个。

SWIR量子点光电探测器与基于氧化铟镓锌(IGZO)的薄膜晶体管单片混合成PPD像素。该阵列随后在CMOS读出电路上进行处理，形成优质的薄膜SWIR图像传感器。

imec项目负责人NikolasPapadopoulos表示：“原型4T图像传感器显示出6.1e-的显着低读出噪声，而传统3T传感器的读出噪声则超过100e-，这证明了其卓越的噪声性能。”因此，可以以更少的噪声、失真或干扰以及更高的精度和细节捕获红外图像。

imec像素创新项目经理PawelMalinowski补充道：“在imec，凭借我们在薄膜光电二极管、IGZO、图像传感器和薄膜晶体管方面的综合专业知识，我们处于连接红外和成像仪领域的最前沿。通过实现这一里程碑，我们超越了当前的像素架构限制，并展示了一种将性能最佳的量子点SWIR像素与经济实惠的制造相结合的方法。”

“未来的步骤包括在不同类型的薄膜光电二极管中优化该技术，以及将其在硅成像之外的传感器中的应用扩大。我们期待与行业合作伙伴合作进一步推进这些创新。”