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《IMEC在薄膜图片传感器上成功集成了固定式光电二极管实现优越短波红外图像》

  • 来源专题：集成电路
  • 编译者： 李衍
  • 发布时间：2023-09-01

  • 据TechXplore 8月16日消息，比利时微电子研究中心（IMEC）成功将固定光电二极管集成到薄膜量子点图像传感器中，通过添加一个固定式光闸极（pinned photogate）和一个传输闸极，最终能让用于波长1微米以下的薄膜传感器发挥更优异的吸收特性，大幅提升了短波红外（SWIR）区域性能，为可见光波段以外的传感技术释放具备高成本效益的发展潜能。通过这项创新技术，SWIR传感器在1微米以上的吸收效果得到改善，降低了噪声，提高了图像质量。这项技术有望应用于自动驾驶汽车摄像头，透过烟雾和雾霾，以及智能手机面部识别解锁等领域。这一突破还在探索将技术应用于其他薄膜光电二极管类型，以及扩展其在硅成像之外的传感器应用。相关研究成果发表于《自然·电子》（Nature Electronics）期刊。

    消息来源：https://baijiahao.baidu.com/s?id=1775208039323726417&wfr=spider&for=pc


  • 原文来源：https://techxplore.com/news/2023-08-thin-film-pinned-photodiode-superior-short-wave-infrared.html
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  • 《光电二极管生产工艺提速》
    • 来源专题：宽带移动通信
    • 编译者：张卓然
    • 发布时间：2021-05-21
    • X-Fab已经改进了其180纳米传感器工艺，将光电二极管的性能从紫外光增强到近红外光。 为了提升光电二极管的性能，X-Fab硅晶圆代工厂已经扩大了其XS018 180纳米传感器生产工艺。 增强型XS018工艺模块专用于光电二极管制造，从紫外光（UV）到近红外光（NIR）有六个不同的方案可供选择。光电二极管工艺能够提供同类最好的紫外光敏感度，长波紫外线波段的量子效率（QE）为40％，中波紫外线波段的量子效率为50％~60％，短波紫外线波段的量子效率高于60％。 对于850纳米近红外光电二极管来说，这个工艺的量子效率比基于原始XH018工艺的传统设备的量子效率提高了17％，对于905纳米的近红外光电二极管，量子效率也提高了5％。 这个工艺模块使得能够通过指定金属孔径的大小来判定光电二极管的响应度。因此，光电二极管的输出电流可在全电流和无电流之间调整，从而对滤波引起的任何差异进行补偿。这进而又简化了光电二极管阵列的伴随放大电路。 其它增强包括，与基于早期XH018一代的设备相比，这个工艺模块的填充因子增加了10％。通过这个工艺模块，可以制造出能够对较低光照水平做出反应的设备，或者可以减少模具的尺寸，从而节省空间。 “通过持续的投资，X-Fab已经建立了强大的光电信用资质。这方面的一个证据是这个事实，全世界生产的手机超过20％配有我公司生产的环境光传感器，”X-Fab负责产品营销的副总裁路易吉·迪·卡普阿说道。“得益于我公司们在光电二极管产品方面取得的进展，我公司现在能够更好地满足客户对近距离传感、光谱分析和光学距离/三角测量解决方案的需求。”
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  • 《探索 | 基于事件的薄膜视觉传感器，增强多光谱感知能力》
    • 来源专题：光电情报网信息监测服务平台
    • 编译者：胡思思
    • 发布时间：2025-04-02
    • 动态检测对于智能视觉系统来说至关重要，可以赋能自动驾驶汽车和高级监控等应用。基于事件的视觉传感器可将光照变化转化为稀疏的事件尖峰信号，实现低数据冗余的高效动态检测。然而，目前基于事件的视觉传感器通常采用简化的光敏电容器结构，特别是在光谱响应方面面临着诸多局限性，导致其在多光谱场景中难以有效获取信息。 近日，北京工业大学与华北光电技术研究所的联合研究团队提出了一种基于事件的双端薄膜视觉传感器（如图1），该传感器创新地将无机氧化物p-n结与热释光电效应相结合，协同了光伏效应和热释电机制。这一创新使尖峰信号的响应度提高了十倍，动态范围达到110 dB，光谱响应范围从紫外（UV）波段扩展到近红外（NIR）波段。利用该薄膜传感器阵列，即使在弱光条件下，这些尖峰信号仍能准确提取指纹边缘特征，这得益于其对微弱亮度变化的高灵敏度。此外，传感器的宽带尖峰响应可捕获更丰富的信息，在多光谱动态手势识别中准确率高达99.25%，同时数据处理量减少了65%以上。这种方法有效地消除了冗余数据，同时最大限度地减少了信息丢失，为当前的动态感知技术提供了一种前景广阔的替代方案。 研究团队设计了一种基于事件的双端薄膜视觉传感器，主要利用ZnO/NiO光电二极管中的热释光电效应和HfO2绝缘层的电容效应（如图2B和图2C），可增强光电转换能力并提高传感器的动态响应特性，相关机理分析如图2所示。 随后，研究人员测量了基于事件的薄膜视觉传感器在光脉冲下的尖峰信号（如图3A）。在像素值不断变化的动态场景中，有必要检查传感器在逐步变化的光照下的性能（如图3E）。对现代传感系统来说，准确探测宽光谱场景信号的能力至关重要。研究人员测定了基于事件的薄膜视觉传感器在紫外（380 nm）波段到近红外（1064 nm）波段的响应度，以评估其宽带探测的能力（如图3H）。 基于事件的薄膜视觉传感器在图像上移动时，会在灰度值发生变化的边缘区域产生电流尖峰信号。这种能力极大的提升其在传感器内（in-sensor）边缘处理能力，特别是在指纹识别方面，因为指纹识别主要依赖于边缘提取来识别指纹图案中的独特特征，相关实验结果如图4所示。 这项研究重点关注了从紫外波段到近红外波段的低可见度场景，以评估传感器的动态识别能力。为了复制这一场景，研究人员做了两方面简化：（1）图像区域划分：将图像分成四个相等的矩形区域，每个区域代表特定波长（380 nm、675 nm、808 nm和1064 nm）的信息（如图5A右侧）；（2）统一响应度假设：考虑到低可见度环境下紫外波段和可见光的响应度降低，假设四个波长的响应度形同。对于识别任务，这项研究使用了包含四种动态手势（向左移动、向右移动、向上移动和向下移动）的数据集，相关实验结果如图5所示。 综上所述，这项研究提出了一种简化的基于事件的薄膜视觉传感器，它能够感知并直接将多光谱亮度变化转换为尖峰信号，从而有效地促进了静态图像和动态物体的感知和处理，通过利用热释光电效应，其响应度提高了十倍，动态范围达到110 dB。这些尖峰信号实现了传感器内边缘处理，而对数响应则提高了对微弱光线变化的灵敏度，在指纹识别任务中优于Prewitt核卷积等传统方法。此外，从紫外波段到近红外波段的扩展光谱范围使传感器能够捕获宽带动态信息，同时过滤掉冗余数据。通过将获取的信息输入到脉冲神经网络（SNN）模型中，动态手势识别准确率高达99.25%，超越了单波段传感器，并证明了其在实时视觉处理中的有效性。这项技术为开发先进的机器视觉系统和实时视觉计算芯片提供了巨大潜力。 图1 基于事件的薄膜视觉传感器的仿生动态检测方法 图2 基于事件的薄膜视觉传感器的设计与机理分析 图3 基于事件的薄膜视觉传感器的快速宽带尖峰信号测量 图4 采用基于事件的薄膜视觉传感器进行传感器内图像边缘处理的实验结果 图5 基于事件的薄膜视觉传感器在低可见度场景的快速宽带尖峰信号测量
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