课题基金 / 基金详情

硅基石墨烯光电探测器三维异质集成研究

批准号:
92164106
项目类别:
重大研究计划
资助金额:
80.0 万元
负责人:
徐杨
依托单位:
学科分类:
新型信息器件
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
徐杨

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
围绕后摩尔时代新器件的挑战,突破硅基光电器件传统能效极限,实现高性能宽光谱探测是信息传感技术发展的关键。本项目拟开展基于高密度、低延迟CMOS三维集成互连工艺的石墨烯光电探测器研究。本项目在申请人前期提出硅基石墨烯电荷耦合器件(GCCD)和优化硅基石墨烯肖特基探测器(GPD)基础上,结合硅基CMOS隔离阱工艺,探究石墨烯像素间的有效隔离,实现阵列制备。基于这两类器件的特性,本项目将设计CMOS片上读出电路,优化相关双采样技术(CDS)及采样放大电路,实现低功耗、低噪声、高保真的信号读出。围绕大规模硅基器件后端兼容问题,本项目拟通过倒装焊及单片集成工艺,将高性能硅基石墨烯光电探测器与专用CMOS读出电路三维集成,实现宽光谱探测,同时充分发挥硅基技术的低成本、低噪声、宽动态范围等优势。该三维异质集成方案有助于突破传统硅基宽光谱探测器的能效极限,促进后摩尔时代变革型新器件与硅基CMOS集成发展。
英文摘要
Low cost, high performance, and wide spectral range are key pursuits for silicon-based information technology in the coming Post-Moore Era. In this proposal, by utilizing the three-dimensional(3D) high-density integration and low-latency interconnection technology, we explore the feasibility of integrating graphene-based photodetector into conventional CMOS-based fabrication lines. The studied detectors in this proposal include graphene-silicon photodetectors (GPD) and silicon-based graphene charge coupled devices (CCD). For the design of photodetector array, we plan to use the isolation well to reduce crosstalk between neighbor pixels. To realize low-power high-quality signals process, we plan to design the on-chip circuits based on the studied photodetectors, including readout, CDS (correlated double sampling) and amplification. To compatibly integrate the peripheral circuit with the graphene-silicon based photodetector array, we plan to adopt two kinds of integration technologies, the Flip-chip bonding process and the monolithic integration. Through effective 3D monolithic integration design, we try to simultaneously achieve wide spectral response and high fill factor, while fully exploit the superior properties of silicon-based technology such as low cost, low noise, and large dynamic range. This proposed CMOS compatible 3D hetero-integration design offers unprecedented opportunities for breaking the limits of silicon-based photodetectors,promotes the integrated development of revolutionary new devices and silicon-based CMOS in the post-Moore era.
本项目致力于硅基石墨烯光电探测器与CMOS三维集成工艺的研究,旨在推动石墨烯等新型二维材料的实用化发展。通过探索高密度低延迟互连技术,成功实现了石墨烯与硅基工艺的有效集成,为宽光谱探测提供了新的解决方案。成功制备并测试了石墨烯光电探测器的线阵和面阵,显著降低了像素间串扰,实现了器件与读出电路的小规模集成。所制备的探测器在可见及红外波段均表现出优异的响应特性,如高填充因子、高转换增益、高量子效率及高响应度等。此外,还成功实现了基于0.18 μm工艺的石墨烯器件单片集成,并优化了高性能、低噪CMOS片上读出电路。这些成果不仅突破了硅基光电探测器响应极限,还为实现高性能宽光谱光电探测奠定了坚实基础。该研究为传统光电子探测器的波长扩展提供了新思路,有望打破国外技术封锁,推动我国在光谱成像、物质分析、空间探测等领域的高精密传感器研发取得自主突破。该研究成果在面部识别、安防监控、医疗检查等领域具有潜在应用前景。
后摩尔硅基光电融合感存算一体器件与集成技术
  • 批准号:
    LDT23F04013F04
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2023
  • 负责人:
    徐杨
  • 依托单位:
硅/二维异质集成图像传感器基础研究
  • 批准号:
    U22A2076
  • 项目类别:
    联合基金项目
  • 资助金额:
    245.00万元
  • 批准年份:
    2022
  • 负责人:
    徐杨
  • 依托单位:
用于宽光谱成像的石墨烯-硅电荷耦合图像传感器基础研究
  • 批准号:
    61874094
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    64.0万元
  • 批准年份:
    2018
  • 负责人:
    徐杨
  • 依托单位:
二维微纳电子器件
  • 批准号:
    LS19F040001
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2018
  • 负责人:
    徐杨
  • 依托单位:
国内基金
海外基金