【導(dǎo)讀】硅基CMOS技術(shù)是當(dāng)今大多數(shù)電子產(chǎn)品依賴的主要技術(shù)。然而，為了電子行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，新技術(shù)必須開發(fā)具有能將CMOS與其他半導(dǎo)體器件集成的能力。歐洲最大的一項研究計劃石墨烯旗艦項目(Graphene Flagship)，即以10億歐元的預(yù)算將實驗室石墨烯轉(zhuǎn)向市場，參與市場化競爭。
現(xiàn)在，來自巴塞羅那光電科學(xué)研究所ICFO的石墨烯旗艦項目研究人員，宣稱已經(jīng)可以將石墨烯整合到CMOS集成電路中。這項工作在“Nature Photonics”上發(fā)表。
該團(tuán)隊將石墨烯CMOS器件與量子點相結(jié)合，以形成一個陣列的光電探測器，產(chǎn)生高分辨率圖像傳感器。當(dāng)作數(shù)碼相機(jī)使用時，該設(shè)備能夠同時感測紫外光、可見光和紅外光。科學(xué)家們說，這只是這個器件可能應(yīng)用的一個例子，也可能應(yīng)用在微電子學(xué)、傳感器陣列和低功率光子學(xué)。
ICFO的ICREA教授Frank Koppens評論說：“這種單片CMOS為基礎(chǔ)的圖像傳感器的發(fā)展是一個里程碑，因為他們是低成本、具有高分辨率寬帶而且高光譜成像的系統(tǒng)。他補充說：“一般來說，石墨烯CMOS技術(shù)將能夠?qū)崿F(xiàn)大量應(yīng)用，范圍包括安全、安保、低成本微型智能手機(jī)相機(jī)、消防系統(tǒng)、被動夜視儀和夜間監(jiān)控攝像頭、汽車傳感器系統(tǒng)、醫(yī)療成像應(yīng)用以及食品和藥品檢驗到環(huán)境監(jiān)測。”
這些結(jié)果是由石墨烯旗艦項目合作伙伴Graphenea(西班牙石墨烯供應(yīng)商)和ICFO在石墨烯旗艦項目的光電工程包中進(jìn)行合作實現(xiàn)的。
通過使用分層和圖案化方法在CMOS晶片上創(chuàng)建混合石墨烯和量子點系統(tǒng)，該項目團(tuán)隊聲稱通過簡單的方案解決了一個復(fù)雜的問題：首先沉積石墨烯，然后圖案化以定義像素形狀，最后添加一層PbS膠體量子點。
該系統(tǒng)的光響應(yīng)基于光門效應(yīng)，其起始于量子點層吸收光并將其作為光生空穴或電子轉(zhuǎn)移到石墨烯，由于施加在兩個像素觸點之間的偏置電壓使得它們循環(huán)往復(fù)。之后通過石墨烯電導(dǎo)率的變化來感測光信號，由于石墨烯的高電荷遷移率，使得此器件具有高靈敏度。
Stijn Goossens研究員評論說：“實現(xiàn)這種石墨烯-量子點CMOS圖像傳感器不需要復(fù)雜的材料處理或生長工藝。在室溫和環(huán)境條件下，制備簡單且價格低廉，這意味著生產(chǎn)成本的大幅度降低。更重要的是，由于其性能可以輕松集成到柔性基板以及CMOS型集成電路上。
這項研究的商業(yè)用途以及成像和傳感技術(shù)的潛能現(xiàn)在正在ICFO的Launchpad孵化器中探索。
科學(xué)技術(shù)官兼石墨烯旗艦項目管理小組主席Andrea Ferrari教授補充說：“石墨烯與CMOS技術(shù)的融合是未來石墨烯進(jìn)入消費電子產(chǎn)品的基石，這一工作清楚地表明了這種方法的可行性。旗艦項目對石墨烯的系統(tǒng)級整合進(jìn)行了大量投資，并將隨著技術(shù)和創(chuàng)新路線圖的不斷發(fā)展繼續(xù)增大投入。”
