集成电路与嵌入式系统

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基于二维半导体的图像传感器

于雅俐, 麦梓锋, 刘力源, 魏钟鸣, 慈鹏弘

集成电路与嵌入式系统, 2024, 24(5): 26-34. DOI: 10.20193/j.ices2097-4191.2024.05.003

图1 典型的二维半导体晶体结构及其相应的光响应波段

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图2 二维半导体在不同光波段范围内的成像功能演示((a)基于AsSbO₃的日盲紫外图像传感器展示日盲紫外波段的成像效果^[42];(b)Sb₂S₃图像传感器在可见光条件下进行图像扫描^[43];(c)NbS₃图像传感器在830 nm反射光照射下的成像功能^[44];(d)PtTe₂/Si图像传感器在中红外波段(4.55 μm和10.6 μm)的成像特性^[45])
图3 二维半导体图像传感器实现的高精度成像演示((a)图像扫描系统示意图及基于GeSe图像传感器在白光照射下扫描获得的“嫦娥”图像^[48];(b) Bi₂S₃图像传感器在波长为532 nm光照下对熊猫图像的高精度成像^[49])
图4 基于二维半导体的各向异性特征实现的偏振敏感成像演示((a)偏振图像扫描系统的示意图及处理得到的目标物体的偏振敏感三维成像结^[48];(b)GeSe基图像传感器在520 nm(自行车)和810 nm(小人)双波段下的偏振成像结果^[56];(c)在0°和90°偏振角的白光下,成像目标人手的灰度图像;(d)暗红色胶体(虚线框表示螺钉位置)的相机拍摄的图像、自然光图像和偏振图像及相应的强度^[57])
图5 二维半导体图像传感器实现的多波段成像演示((a)基于石墨烯/MoS₂/石墨烯结构的图像传感器实现的三波段混合成像^[58];(b)双波段图像扫描系统示意图及使用基于GeSe图像传感器在520 nm和810 nm光照下获得的双波段混合图像^[56])
图6 二维半导体图像阵列在反射光下的扫描成像((a)基于8×8矩阵像元阵列和64×1线性像元阵列的碲基超宽波段图像传感器的照片;(b)碲基图像传感器光电成像工作原理示意图;(c)在可见光(上)及近红外光(下)条件下,目标图像通过碲基8×8矩阵阵列和64×1线性阵列中获得的电子图像^[61])
图7 二维半导体图像阵列实现的投影式成像演示((a)基于双层MoS₂构筑得到的8×8阵列示意图和像元结构示意图;(b)在RGB光照下(λex = 638 nm、532 nm和 405 nm),利用光掩模板投影到图像阵列进行成像及对应提取的光敏映射结果^[62];(c)4英寸Si/SiO₂衬底上构筑得到的9组4×4图像阵列的光学图片,单像元由纳米多孔MoS₂光电晶体管和IGZO开关晶体管组成;(d)4英寸晶圆级图像阵列上不同行RGB照明示意图;(e)RGB照明下144个像元对应的电流映射^[63])

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