Imec integra delgada

LOVANAS (Bélgica), 14 de agosto de 2023—Imec, un centro de investigación e innovación líder a nivel mundial en nanoelectrónica y tecnologías digitales, presenta la integración exitosa de una estructura de fotodiodo fijado en sensores de imagen de película delgada. Con la adición de una fotopuerta fijada y una puerta de transferencia, finalmente se pueden explotar las cualidades de absorción superiores de los generadores de imágenes de película delgada (más allá de una longitud de onda de un µm), liberando el potencial de detectar luz más allá de lo visible de una manera rentable.

La detección de longitudes de onda más allá de la luz visible, por ejemplo la luz infrarroja, ofrece claras ventajas. Las aplicaciones incluyen cámaras en vehículos autónomos para "ver" a través del humo o la niebla y cámaras para desbloquear su teléfono inteligente mediante reconocimiento facial. Si bien la luz visible se puede detectar mediante generadores de imágenes basados ​​en silicio, se necesitan otros semiconductores para longitudes de onda más largas, como el infrarrojo de onda corta (SWIR).

El uso de materiales III-V puede superar esta limitación de detección. Sin embargo, la fabricación de estos absorbentes es costosa, lo que limita su uso. Por el contrario, los sensores que utilizan absorbentes de película delgada (como los puntos cuánticos) han surgido recientemente como una alternativa prometedora. Tienen características de absorción superiores y potencial de integración con circuitos de lectura convencionales (CMOS). Sin embargo, estos sensores infrarrojos tienen un rendimiento de ruido inferior, lo que conduce a una peor calidad de imagen.

Ya en la década de 1980 se introdujo la estructura de fotodiodo fijo (PPD) para sensores de imagen CMOS de silicio. Esta estructura introduce una puerta de transistor adicional y una estructura de fotodetector especial, mediante la cual las cargas se pueden drenar por completo antes de que comience la integración (lo que permite la operación de reinicio sin ruido kTC ni el efecto del cuadro anterior). En consecuencia, debido al menor ruido y al mejor rendimiento energético, los PPD dominan el mercado de consumo de sensores de imagen basados ​​en silicio. Más allá de la obtención de imágenes de silicio, incorporar esta estructura no era posible hasta ahora debido a la dificultad de hibridar dos sistemas semiconductores diferentes.

Ahora, imec demuestra la incorporación exitosa de una estructura PPD en el circuito de lectura de sensores de imagen basados ​​en películas delgadas; el primero de su tipo. Se hibridó monolíticamente un fotodetector de puntos cuánticos SWIR con un transistor de película delgada basado en óxido de indio, galio y zinc (IGZO) en un píxel PPD. Posteriormente, esta matriz se procesó en un circuito de lectura CMOS para formar un sensor de imagen SWIR de película delgada superior. "El prototipo del sensor de imagen 4T mostró un ruido de lectura notablemente bajo de 6,1e-, en comparación con >100e- del sensor 3T convencional, lo que demuestra su rendimiento de ruido superior", afirmó Nikolas Papadopoulos, líder del proyecto 'Fotodiodo fijado de película delgada' en imec. Como resultado, las imágenes infrarrojas se pueden capturar con menos ruido, distorsión o interferencia y con mayor precisión y detalle.

Pawel Malinowski, director del programa 'Pixel Innovations' de imec, añade: “En imec, estamos a la vanguardia en unir los mundos de los infrarrojos y los generadores de imágenes, gracias a nuestra experiencia combinada en fotodiodos de película delgada, IGZO, sensores de imagen y transistores de película delgada. . Al lograr este hito, superamos las limitaciones actuales de la arquitectura de píxeles y demostramos una forma de combinar el píxel SWIR de punto cuántico de mejor rendimiento con una fabricación asequible. Los pasos futuros incluyen la optimización de esta tecnología en diversos tipos de fotodiodos de película delgada, así como la ampliación de su aplicación en sensores más allá de las imágenes de silicio. Esperamos promover estas innovaciones en colaboraciones con socios de la industria”.

Los hallazgos se publican en la edición de agosto de 2023 de Nature Electronics, 'Fotodiodo fijado para sensores de imagen monolíticos de película delgada'. Los resultados iniciales se presentaron en la edición de 2023 del Taller Internacional de Sensores de Imagen.

Acerca de imec

Imec es un centro de investigación e innovación líder mundial en nanoelectrónica y tecnologías digitales. Imec aprovecha su infraestructura de I+D de última generación y su equipo de más de 5.500 empleados e investigadores de primer nivel para I+D en semiconductores avanzados y escalamiento de sistemas, fotónica de silicio, inteligencia artificial, más allá de las tecnologías de detección y comunicaciones 5G, y en dominios de aplicaciones. como salud y ciencias de la vida, movilidad, industria 4.0, agroalimentación, ciudades inteligentes, energía sostenible, educación,... Imec reúne a los líderes de la industria mundial en toda la cadena de valor de los semiconductores, empresas tecnológicas, farmacéuticas, médicas y TIC internacionales y con sede en Flandes, comienza -ups, y centros académicos y de conocimiento. Imec tiene su sede en Lovaina (Bélgica) y cuenta con centros de investigación en Bélgica, Países Bajos y EE. UU., y representación en 3 continentes. En 2021, los ingresos (P&L) de imec ascendieron a 732 millones de euros.

Puede encontrar más información sobre imec en www.imec-int.com.