单片CMOS图像传感器让CMOS和半导体结合成为可能

硅基CMOS技术是当今大多数电子产品依赖的主要技术。然而，为了电子行业的进一步发展，新技术必须开发具有能将CMOS与其他半导体器件集成的能力。欧洲最大的一项研究计划石墨烯旗舰项目(Graphene Flagship)，即以10亿欧元的预算将实验室石墨烯转向市场，参与市场化竞争。

现在，来自巴塞罗那光电科学研究所ICFO的石墨烯旗舰项目研究人员，宣称已经可以将石墨烯整合到CMOS集成电路中。这项工作在"Nature Photonics"上发表。

该团队将石墨烯CMOS器件与量子点相结合，以形成一个阵列的光电探测器，产生高分辨率图像传感器。当作数码相机使用时，该设备能够同时感测紫外光、可见光和红外光。科学家们说，这只是这个器件可能应用的一个例子，也可能应用在微电子学、传感器阵列和低功率光子学。

ICFO的ICREA教授Frank Koppens评论说："这种单片CMOS为基础的图像传感器的发展是一个里程碑，因为他们是低成本、具有高分辨率宽带而且高光谱成像的系统。他补充说："一般来说，石墨烯CMOS技术将能够实现大量应用，范围包括安全、安保、低成本微型智能手机相机、消防系统、被动夜视仪和夜间监控摄像头、汽车传感器系统、医疗成像应用以及食品和药品检验到环境监测。"

这些结果是由石墨烯旗舰项目合作伙伴Graphenea(西班牙石墨烯供应商)和ICFO在石墨烯旗舰项目的光电工程包中进行合作实现的。

通过使用分层和图案化方法在CMOS晶片上创建混合石墨烯和量子点系统，该项目团队声称通过简单的方案解决了一个复杂的问题：首先沉积石墨烯，然后图案化以定义像素形状，最后添加一层PbS胶体量子点。

该系统的光响应基于光门效应，其起始于量子点层吸收光并将其作为光生空穴或电子转移到石墨烯，由于施加在两个像素触点之间的偏置电压使得它们循环往复。之后通过石墨烯电导率的变化来感测光信号，由于石墨烯的高电荷迁移率，使得此器件具有高灵敏度。

Stijn Goossens研究员评论说："实现这种石墨烯-量子点CMOS图像传感器不需要复杂的材料处理或生长工艺。在室温和环境条件下，制备简单且价格低廉，这意味着生产成本的大幅度降低。更重要的是，由于其性能可以轻松集成到柔性基板以及CMOS型集成电路上。

这项研究的商业用途以及成像和传感技术的潜能现在正在ICFO的Launchpad孵化器中探索。

科学技术官兼石墨烯旗舰项目管理小组主席Andrea Ferrari教授补充说："石墨烯与CMOS技术的融合是未来石墨烯进入消费电子产品的基石，这一工作清楚地表明了这种方法的可行性。旗舰项目对石墨烯的系统级整合进行了大量投资，并将随着技术和创新路线图的不断发展继续增大投入。"