Imec将钉扎光电二极管结构集成于薄膜传感器 提升自动驾驶汽车摄像头性能

盖世汽车讯 据外媒报道，纳米电子与数字技术研究中心Imec宣布成功将钉扎光电二极管（pinned photodiode）结构集成于薄膜传感器上，可提升自动驾驶汽车摄像头性能。

由于增加了钉扎光栅（pinned-photogate）和转移栅极（transfer gate），现可利用薄膜成像器的强吸收特质（波长超过1µm），以较低的经济成本探测到除可见光之外的光线。

检测到红外线等非可见光具有多重优势，例如自动驾驶汽车摄像头通过检测非可见光可以帮助车辆“看”穿烟雾，也可应用于手机摄像头进行人脸识别。尽管硅基成像器（silicon-based imager）也可探测到可见光，但是其它半导体则可探测短波红外（short-wave infrared）等波长较长的光线。

即使采用III-V材料能够克服光线探测限制，但是由于其较高的生产成本，此类吸收器使用范围较小。而最近，采用例如量子点（quantum dot）等的薄膜吸收器则成为III-V材料的替代品。薄膜吸收器具有高吸收性且可集成于可见光传感器（CMOS）读出电路，然而这种红外传感器噪声性能较差，从而导致生成图像质量较低。

20世纪80年代，钉扎光电二极管（PPD）结构首次进入市场，用于硅基可见光传感器（silicon-CMOS）图像传感器。这一结构包含一个晶体管门电路（transistor gate）以及独特的光电传感器结构，电荷通过这种结构可在集成前完全耗尽（可进行复位操作，且不会产生电容噪声（KTC），也不会受到前一帧的影响）。

因此，由于噪声及功耗较低，钉扎光电二极管（PPD）目前在硅基成像传感器用户市场占绝对优势。对于硅基成像之外的领域，由于该结构混合两种不同的半导体系统，因此该结构目前还无法投入使用。

现在，imec成功将钉扎光电二极管（PPD）结构集成到基于薄膜图像传感器的读出电路中，这也是同类产品的首个创新研发。

将短波红外（SWIR）量子点光电探测器与基于铟镓锌氧化物（IGZO）的薄膜晶体管单片混合，可生成一个PPD像素。随后，在可见光传感器（CMOS）读出电路上对该像素阵进行处理，从而形成薄膜短波红外（SWIR）图像传感器。

Imec“薄膜钉扎光电二极管”项目负责人Nikolas Papadopoulos表示：“原4T图像传感器的读出噪声非常低，仅为 6.1e-，而传统3T传感器的读出噪声则大于100e-，这显示出其卓越的噪声性能。因此，在拍摄红外图像时，噪声、失真或干扰更少，图像精度更高，细节更丰富。”

Imec“像素创新”项目经理Pawel Malinowski补充到：“凭借imec在薄膜光电二极管、铟镓锌氧化物（IGZO）、图像传感器和薄膜晶体管方面的综合专业技术，我们站在了连接红外和成像仪领域的最前沿。研发薄膜钉扎光电二极管是里程碑式的成就，超越了当前像素结构的限制，展示了将性能最佳的量子点短波红外（SWIR）像素与经济实惠的制造相结合的方法。未来将在各类型的薄膜光电二极管中优化这项技术，并扩大其在硅成像以外的传感器中的应用。Imec期待与业界伙伴合作，进一步推进这些创新。”