西班牙光子科学研究所首次制备出高分辨率石墨烯-量子点CMOS成像传感器

[据今日科学网站2017年5月29日报道] 过去40年，由于硅和CMOS（互补金属氧化物半导体）技术的发展，微电子取得巨大进步，使得计算、智能手机、紧凑和低成本数字相机，以及我们今天依赖的大多数电子产品成为可能。

然而，除了微电路和可见光相机外，由于硅以外的半导体与CMOS集成困难，因而平台多样化应用受到阻碍。

现在，这个障碍可以克服了。西班牙光子科学研究所（ICFO）研究人员首次展示了石墨烯与CMOS集成电路的单片集成，制备出高分辨率成像传感器，它包含成百上千个基于石墨烯和量子点的光电探测器。研究人员将其作为数字相机，同时对紫外光、可见光和红外光高度灵敏。在此之前，现有成像传感器无法实现。通常，石墨烯与CMOS单片集成具有广泛的光电应用，例如，低功率光学数据通信和紧凑、超灵敏感应系统。

研究成果发表在《自然光子学》杂志，并且作为封面图片突出显示。该工作由西班牙光子科学研究所（ICFO）、西班牙加泰罗尼亚高等研究院（ICREA）与Graphenea公司合作完成。研究人员将硫化铅胶体量子点沉积在化学气相沉积石墨烯，随后，将该混合系统沉积在具有成像传感器压膜和读出电路的CMOS晶圆上，由此可制作出石墨烯-量子点成像传感器。研究人员认为："石墨烯-量子点CMOS成像传感器不需要复杂的材料处理或生长工艺就能够实现。在室温和环境条件下制备方法简单、成本低，这意味着生产成本的大幅降低。此外，石墨烯-量子点CMOS成像传感器可轻松集成在柔性衬底和CMOS集成电路。"

西班牙加泰罗尼亚高等研究院Gerasimos Konstantatos教授认为："我们将量子点拓展至短红外光谱范围(1100-1900nm)，验证并探测黑暗和清澈天空的大气，从而实现被动夜视。该工作表明这种类型的光电晶体管可能制作出高灵敏度、低成本、在室温下运作的红外成像传感器，有希望解决目前渴望廉价技术的巨大红外市场。"

西班牙加泰罗尼亚高等研究院Frank Koppens教授认为："单片CMOS-基成像传感器的发展代表了低成本、高分辨率带宽和高光谱成像系统的里程碑。通常，石墨烯-CMOS技术将支持大量应用，例如，安全、低成本口袋和智能相机、消防系统、被动夜视和夜间监控相机、汽车传感器系统、医疗成像应用、食品和药品检验以及环境监测等领域。"

目前，该项目正在ICFO的Launchpad中孵化。团队正在与研究所的技术转让专家合作，将成像和传感技术及其完整专利组合带入市场。（工业和信息化部电子第一研究所 许文琪）