中国科研人员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

紫外成像在军事，航天，医疗等领域具有广泛用途。但高性能、低成本的紫外成像芯片目前还难以获得。且基于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。 

针对上述问题，中科院微电子所重点实验室科研人员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。研究人员采用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，能够实现对低至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。该工作为基于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。 

基于该成果的文章“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。微电子所覃愿博士为第一作者，陆丛研助理研究员和余兆安高级工程师为共同一作，中科大龙世兵教授和微电子所李泠研究员为通讯作者。 

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