意法半导体量子点SWIR图像传感器，为消费类大规模应用打开大门
2021-12-18 11:37:21   来源：麦姆斯咨询   评论：0   点击：

据麦姆斯咨询报道，在美国旧金山举办的IEEE国际电子器件会议（IEDM）上，意法半导体（STMicroelectronics）详细介绍了其量子点短波红外（SWIR）图像传感器。

意法半导体展示了一款1.62 µm像素间距的全局快门SWIR图像传感器，在1400 nm波长的量子效率达到60%，快门效率为99.98%。

这款器件在300 mm晶圆上制造，因此，能够以相对较低的成本进行大规模量产。

意法半导体成像业务先进智能技术总监、论文主要作者Jonathan Steckel在接受媒体采访时表示，该传感器的成本可能会降至1美元左右，接近硅基图像传感器的价格。

采用意法半导体940 nm近红外（NIR）量子薄膜（QF）图像传感器（左上）和1400 nm短波红外（SWIR）QF图像传感器（左下）拍摄的照片。使用智能手机可见光摄像头拍摄的相应照片（右侧图）。NIR QF照片对隐藏在深绿色叶子中的黑色电线与隐藏在深色木栅栏前的树干和树枝展现了更好的对比度。SWIR QF照片展示了透视硅晶圆的成像效果。

SWIR图像传感器传统上由InGaAs制成，因为这种材料相对于硅在该波长范围具有更好的响应。但是，InGaAs传感器可能要花费数百或数千美元。

采用胶体量子点（CQD）技术的传感器可以适配对短波红外光敏感，同时保持低成本。

意法半导体的这款图像传感器是蓬勃发展的CQD SWIR成像领域的最新产品。目前市场上提供商业化CQD图像传感器的厂商还有SWIR Vision Systems、Emberion和Imec等。

不过，意法半导体践行了其大规模量产的承诺，或将为消费类电子设备以及其他大批量应用打开SWIR成像的大门。

Steckel表示，这项技术的潜力在于，客户基本上能够以硅基图像传感器的成本进行SWIR成像。

意法半导体的SWIR量子薄膜光电二极管在优化的层厚下，其量子效率峰值可以超过60%。

他补充说：“与目前基于InGaAs技术的行业现状相比，SWIR成像可以成为一个体量和影响更大的行业。意法半导体的CQD图像传感器可以凭借低成本让更多人能够用上，打开许多我们现在还没有定义的广泛用例。”

意法半导体的技术基于硫化铅量子点薄膜。在其300 mm晶圆厂，利用溶液制作，通过沉积步骤整合在CMOS半导体工艺中。

短波红外CQD技术的缺点是量子效率低于InGaAs传感器。Steckel表示，与其他供应商提供的CQD传感器相比，意法半导体的CQD SWIR图像传感器在性能上没有提供巨大的飞跃，但是，意法半导体的优势是能够以消费电子客户要求的规模和可靠性提供这款传感器。

意法半导体的QF验证晶圆，展示了基本QF光电二极管测试结构（a）、像素矩阵测试芯片（b）和完整图像传感器产品（c）。

Steckel提到，在提高CQD的量子效率方面，学术界和产业界投入了很多努力。在学术界，多伦多大学的Edward Sargent教授报道了1550 nm的CQD光电探测器达到80%的量子效率。

Steckel说，在产业界，未来几年，我们的技术还能够开发出更高的量子效率，达到70%至80%以上。那时它将创造更多的附加值，在NIR波段硅器件的性能与CQD技术的差距将更大，而在SWIR波段InGaAs器件与CQD技术的差距将更小。

作为IEDM论文的一部分，意法半导体表明其器件符合当前消费电子行业的可靠性标准，不过Steckel补充说，意法半导体正在努力提高其温度稳定性，以满足更高要求的应用。

意法半导体计划在明年开始为其客户提供评估套件。

延伸阅读：

《新兴图像传感器技术、应用及市场-2021版》