[發明專利]一種基于石墨烯/絕緣層/半導體結構的電荷耦合器件

在審

• 申請號: 201810082542.6
• 申請日: 2018-01-29
• 公開（公告）號: CN108054180A
• 公開（公告）日: 2018-05-18
• 發明（設計）人: 徐楊;郭宏偉;李煒;俞濱
• 申請（專利權）人: 杭州紫元科技有限公司
• 主分類號: H01L27/148
• 分類號: H01L27/148
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種基于石墨烯/絕緣層/半導體結構的電荷耦合器件，包括組成陣列的若干像素，所述像素自下而上依次包括柵極、半導體襯底、絕緣層、源極、漏極與石墨烯薄膜；所述源極和所述漏極水平間隔布置于所述絕緣層的上表面；所述石墨烯薄膜覆蓋在所述源極、漏極及其之間的絕緣層的上表面。入射光照射到本發明的電荷耦合器件表面，被半導體襯底吸收。由于石墨烯薄膜的特殊性質，其通過電容性耦合可以有效收集載流子，產生的光電流信號直接從單個像素結構輸出，實現本地讀取、隨機讀取，無需采用傳統器件的像素之間橫向轉移電荷方式，從根本上改變電荷耦合器件的電荷信號讀出方式，提高成像系統的整體響應速度、線性動態范圍和可靠性。

技術領域

本發明屬于圖像傳感器技術領域，涉及圖像傳感器器件結構，尤其涉及一種基于石墨烯/絕緣層/半導體結構的電荷耦合器件。

背景技術

電荷耦合器件(CCD)圖像傳感器可直接將光學信號轉換為模擬電流信號，電流信號經過放大和模數轉換，實現圖像的獲取、存儲、傳輸、處理和復現。它能夠根據照射在其面上的光線產生相應的電荷信號，在通過模數轉換器芯片轉換成“0”或“1”的數字信號，這種數字信號經過壓縮和程序排列后，可由閃速存儲器或硬盤卡保存即收光信號轉換成計算機能識別的電子圖像信號，可對被測物體進行準確的測量、分析。傳統的CCD與CMOS圖像傳感器相比具有更好的成像品質，但由于CCD采用像素之間電荷橫向傳遞的方式輸出數據，系統的整體響應速度慢，并且只要其中有一個像素傳送出現故障，就會導致一整排的數據無法正常傳送，因此控制CCD的良品率較為困難。

石墨烯是由單層sp2雜化碳原子構成的蜂窩狀二維平面晶體薄膜，具有優異的力、熱、光、電等性能。與普通金屬不同，石墨烯是一種具有透明和柔性的新型二維導電材料。石墨烯和覆蓋在半導體氧化片可以構成簡單的場效應結構，制備工藝簡單，易于轉移到任何襯底上。由于石墨烯透光性很高，能夠提高傳統光電器件的量子效率。

發明內容

為了解決以上技術問題，本發明提供一種基于石墨烯/絕緣層/半導體結構的電荷耦合器件。

本發明的一種基于石墨烯/絕緣層/半導體結構的電荷耦合器件，包括像素，所述像素自下而上依次包括柵極、半導體襯底、絕緣層、源極、漏極與石墨烯薄膜；所述源極和所述漏極水平間隔布置于所述絕緣層的上表面；所述石墨烯薄膜覆蓋在所述源極、漏極及其之間的絕緣層的上表面。

作為優選的技術方案，所述半導體襯底為輕摻雜半導體。

作為優選的技術方案，所述半導體襯底為n型輕摻雜硅，絕緣層為二氧化硅。

作為優選的技術方案，在所述半導體襯底和絕緣層之間設置有埋溝層，所述埋溝層為n型摻雜，所述半導體襯底為p型摻雜。

作為優選的技術方案，所述半導體襯底為窄禁帶寬度半導體。

作為優選的技術方案，所述石墨烯薄膜分為兩段，一段為n型摻雜石墨烯，一段為p型摻雜石墨烯，分別覆蓋在所述源極和漏極上，連接于絕緣層上，形成PN結。

作為優選的技術方案，所述絕緣層為紫外光吸收系數低的材料。

作為優選的技術方案，所述半導體襯底為寬禁帶寬度半導體。

作為優選的技術方案，所述絕緣層為高介電常數介質。

作為優選的技術方案，光線由下方射入所述電荷耦合器件，提高使用的靈活性。