紅外圖像傳感器被廣泛應(yīng)用在生物成像、機(jī)器視覺和物質(zhì)鑒別等高科技領(lǐng)域，是光電傳感的基礎(chǔ)技術(shù)。目前，市面上現(xiàn)有的紅外圖像傳感器，由于受到單晶基板工藝和加工溫度等因素的制約，主要采用的是異質(zhì)集成的技術(shù)路徑，來實現(xiàn)紅外波段的光電二極管與硅基讀出電路相連。這種技術(shù)路徑雖然能夠解決紅外圖像傳感器的成像問題，但是分辨率提升的空間不大，而且工藝復(fù)雜，嚴(yán)重影響規(guī)模化生產(chǎn)，進(jìn)而導(dǎo)致成本居高不下。
還有一種技術(shù)路徑，是采用單片集成的方式，將紅外光電二極管與硅基讀出電路相連。這種技術(shù)路徑的工藝更加簡單，可更好的控制成本，同時還有望大幅提升紅外圖像傳感器的分辨率。
提到單片集成工藝，就必須說一說硫化鉛膠體量子點（簡稱PbS CQD）。PbS CQD是一種采用低溫溶液來進(jìn)行加工的工藝，相比以往采用高溫外延生長出來的紅外材料，襯底的兼容性更好，可以實現(xiàn)與硅基讀出電路的單片集成。
a) 成像芯片整體示意圖；b) 成像芯片橫截面示意圖；c) 成像芯片的橫截面掃描電鏡圖像；d) 成像芯片的俯視示意圖；e) 單個像素的電路圖；f) 電路的讀出時序
但是，采用PbS CQD制作出來的器件，在于硅基讀出電路進(jìn)行單片集成時，其耗盡區(qū)與入射光相距較遠(yuǎn)，這就導(dǎo)致制作出來的紅外圖像傳感器的量子效率很低。
為了解決這個問題，華中科技大學(xué)光電國家研究中心和光電信息學(xué)院的技術(shù)團(tuán)隊，聯(lián)合海思光電子有限公司，利用PbS CQD技術(shù)，研制出了一種采用頂入射結(jié)構(gòu)的光電二極管，專門用來適配硅基讀出電路，最終生產(chǎn)出來的產(chǎn)品可以達(dá)到30萬像素，為國內(nèi)首款采用PbS CQD技術(shù)研制出來的，性能達(dá)到商用銦鎵砷（InGaAs）圖像傳感器的紅外圖像傳感器。
a) 智能手機(jī)（硅基成像芯片）和d) PbS CQD成像芯片在自然光照射下拍攝的蘋果和水圖片；b) PbS CQD成像芯片和e) InGaAs成像芯片在940 nm光照下拍攝的手掌血管的照片；c) 圖b中的紅色虛線（線1和線2）的灰度變化；f) 圖e中的紅色虛線（線1和線2）的灰度變化；g) PbS CQD成像芯片和InGaAs成像芯片在940 nm光照下拍攝的水和乙醇照片（S1和S3為水溶液，S2和S4為乙醇溶液）；h) 溶液S1-S4 的歸一化灰度直方圖；i) 不同濃度（25%、50%、75% 和 100%）的酒精的歸一化灰度直方圖
目前，這款PbS CQD紅外圖像傳感器，已經(jīng)完成了在靜脈成像、水果檢測和溶劑識別等應(yīng)用領(lǐng)域的測試，應(yīng)用前景有望進(jìn)一步拓展。
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