【導讀】硅基CMOS技術(shù)是當今大多數電子產(chǎn)品依賴(lài)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(kāi)發(fā)具有能將CMOS與其他半導體器件集成的能力。歐洲最大的一項研究計劃石墨烯旗艦項目(Graphene Flagship)，即以10億歐元的預算將實(shí)驗室石墨烯轉向市場(chǎng)，參與市場(chǎng)化競爭。
現在，來(lái)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(chēng)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。
該團隊將石墨烯CMOS器件與量子點(diǎn)相結合，以形成一個(gè)陣列的光電探測器，產(chǎn)生高分辨率圖像傳感器。當作數碼相機使用時(shí)，該設備能夠同時(shí)感測紫外光、可見(jiàn)光和紅外光?？茖W(xué)家們說(shuō)，這只是這個(gè)器件可能應用的一個(gè)例子，也可能應用在微電子學(xué)、傳感器陣列和低功率光子學(xué)。
ICFO的ICREA教授Frank Koppens評論說(shuō)：“這種單片CMOS為基礎的圖像傳感器的發(fā)展是一個(gè)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。他補充說(shuō)：“一般來(lái)說(shuō)，石墨烯CMOS技術(shù)將能夠實(shí)現大量應用，范圍包括安全、安保、低成本微型智能手機相機、消防系統、被動(dòng)夜視儀和夜間監控攝像頭、汽車(chē)傳感器系統、醫療成像應用以及食品和藥品檢驗到環(huán)境監測。”
這些結果是由石墨烯旗艦項目合作伙伴Graphenea(西班牙石墨烯供應商)和ICFO在石墨烯旗艦項目的光電工程包中進(jìn)行合作實(shí)現的。
通過(guò)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(diǎn)系統，該項目團隊聲稱(chēng)通過(guò)簡(jiǎn)單的方案解決了一個(gè)復雜的問(wèn)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(diǎn)。
該系統的光響應基于光門(mén)效應，其起始于量子點(diǎn)層吸收光并將其作為光生空穴或電子轉移到石墨烯，由于施加在兩個(gè)像素觸點(diǎn)之間的偏置電壓使得它們循環(huán)往復。之后通過(guò)石墨烯電導率的變化來(lái)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(shuō)：“實(shí)現這種石墨烯-量子點(diǎn)CMOS圖像傳感器不需要復雜的材料處理或生長(cháng)工藝。在室溫和環(huán)境條件下，制備簡(jiǎn)單且價(jià)格低廉，這意味著(zhù)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(shuō)：“石墨烯與CMOS技術(shù)的融合是未來(lái)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級整合進(jìn)行了大量投資，并將隨著(zhù)技術(shù)和創(chuàng )新路線(xiàn)圖的不斷發(fā)展繼續增大投入。”
