Ga2O3深紫外图像传感器研究取得进展
中国科学院微电子研究所重点实验室与中国科学技术大学合作，首次实现基于超宽禁带半导体材料ga2o3的背照式主动紫外图像传感器阵列，并在极弱光照条件下实现了成像。
紫外成像在航天与医疗等领域颇具应用价值。目前，高性能、低成本的紫外成像芯片难以获得。同时，基于ⅲ-ⅴ/ⅱ-ⅵ等宽禁带半导体的紫外探测器难以与si基读出电路实现大规模集成，这限制了高性能紫外成像芯片的制造与应用。
氧化镓是一种无机化合物，化学式为ga2o3。别名三氧化二镓，是一种宽禁带半导体，其导电性能和发光特性长期以来一直引起人们的注意。ga2o3是一种透明的氧化物半导体材料，在光电子器件方面有广阔的应用前景 ，被用作于ga基半导体材料的绝缘层，以及紫外线滤光片，它还可以用作o2化学探测器。
研究采用cmos工艺兼容的igzo tft驱动ga2o3紫外探测器，实现单片集成32×32紫外成像阵列。igzo tft器件表现出极低的漏电和驱动能力以及在正负偏压下良好的稳定性。ga2o3探测器具有极低的噪声，对紫外光表现出极高的灵敏度，可实现对低至1pw/cm2的紫外光进行探测。
通过外围电路进行信号读取和处理，该图像传感器实现了在弱光下的成像应用。该成果为基于ⅲ-ⅴ/ⅱ-ⅵ等材料的可扩展、高密度图像传感器集成与应用提供了新的思路和解决方法。
相关研究成果(first demonstration of high-sensitivity (nep<1fw·hz-1/2) back-illuminated active-matrix deep uv image sensor by monolithic integration of ga2o3 photodetectors and oxide thin-film-transistors)入选2022 vlsi。
图1.单片集成1t1pd图像传感器结构图
图2.该工作与其他已报道的深紫外探测器性能对比
图3.单片集成ga2o3紫外成像系统
图4.基于ga2o3 pd/igzo tft图像传感器在不同强度深紫外光照下的成像情况
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