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半導體產業網推薦 ：近年來圖像傳感器在紫外成像方麵的應用越來越廣泛，尤其是以CCD和CMOS為主的紫外圖像傳感器受到了研究人員的廣泛關注半導體技術的進步和納米材料的發展進一步推動了紫外圖像傳感器的研究固態紫外圖像傳感器以其體積小 、壽命長、耐惡劣環境
 、可靠性高等優點受到廣泛的關注，然而其熱噪聲較大 、成本較高、響應波長受真空紫外波段限製，所以在高信噪比電路讀出和摻雜缺陷抑製方麵亟待進一步研究 。

相比之下，以CMOS/CCD為基礎的矽基紫外圖像傳感器更易實現大麵陣，成本比其他類型的圖像傳感器更低
，性能也足以和真空型紫外圖像傳感器媲美 ，以及高分辨、低噪聲和高幀率的優點使得矽基紫外圖像傳感器在短時間內主導紫外成像市場 。

據麥姆斯谘詢報道，昆明物理研究所唐利斌研究員課題組在《紅外技術》期刊上發表了以“紫外增強圖像傳感器的研究進展”為主題的綜述文章唐利斌研究員主要從事光電材料與器件的研究工作這項研究綜述了國內外紫外增強圖像傳感器的研究進展
 ，介紹了幾種增強器件紫外響應的材料，另外還簡要概述了紫外圖像傳感器在生化分析、大氣監測
 、天文探測等方麵的應用，並討論了CCD/CMOS圖像傳感器在紫外探測方麵所麵臨的挑戰
。

CMOS是金屬-氧化物-半導體電容器 ，其成像原理為每個像素都有自己的電荷電壓轉換器 ，每個像素單獨完成電荷電壓的轉換，直接將電荷轉換成電壓來實現成像，這使得CMOS的整體讀出效率非常高與之相似的CCD有著體積小 、壽命長、靈敏度高 、畸變小等特性 ，其工作原理為CCD是在像素上增加電壓，把像素裏的電荷一個一個地從縱向逼到和它相鄰的像素裏麵，最後經過一個共同輸出端
，再經過模擬數字轉換形成數字信息，最終實現成像 。

圖像傳感器工作原理和結構示意圖：(a)、(b)、(c)和(d)分別為CCD、CMOS、前照式圖像傳感器結構和背照式圖像傳感器結構；(e)堆棧式CMOS圖像傳感器；(f)具有Cu-Cu雜化鍵合的新型堆棧式背照CMOS圖像傳感器及器件截麵圖

有機 、無機稀土摻雜化合物增強紫外圖像傳感器：(a) Lumogen結構；(b) Lumogen薄膜紫外-可見吸收光譜；(c) 鍍膜前(i)和鍍膜後(ii)的CCD汞燈譜線；(d) 不同方法製備的暈苯薄膜的反射和透射光譜圖；(e) 不同膜層厚度下的CMOS圖像傳感器在紫外波段範圍內的量子效率；(f) LiSr(1-3x/2)VO4: xTb3+的熒光激發和發射光譜

雖然CMOS圖像傳感器的靈敏度和動態範圍都沒有CCD圖像傳感器高，但因為其低成本和高集成度等優勢 ，再加上近年來集成電路技術 、電路消音技術和半導體電子技術的快速發展，CMOS圖像傳感器有了質的飛躍，彌補了CCD圖像傳感器的劣勢，二者在圖像傳感器領域相輔相成。

紫外響應增強技術的基本原理是利用材料吸收紫外輻射後發射的熒光與圖像傳感器響應靈敏度高的波段相匹配的特性，從而來增強傳感器的紫外響應能力
。

 量子點增強紫外CMOS器件 ：(a) 納米複合薄膜在紫外光和可見光照射下的示意圖；(b) CdSe/ZnS量子點和矽基量子點納米複合物的吸收和熒光光譜圖；(c) 在可見光(i)和紫外光(ii)照射下的量子點塗層CID86器件；(d) CdSe/ZnS量子點示意圖；(e) 不同膜層的CdSe/ZnS量子點薄膜的熒光發射光譜；(f) 量子點塗覆器件的結構圖

紫外增強圖像傳感器技術的進步使其在各領域都有廣泛的應用，如天文探測 、生化分析
、大氣監測 、電暈放電 、日盲檢測等 。近年來，紫外成像技術被引入製藥領域 ，用於片劑的質量控製。

鈣鈦礦量子點增強紫外CCD器件
 ：(a) 鈣鈦礦結構示意圖；(b) CsPbX3膠體量子點溶液的熒光成像圖和相應的熒光光譜；(c) MAPbBr3量子點的紫外-可見吸收光譜和透射電鏡圖像；(d) PQDCF紫外增強矽光電二極管結構示意圖；(e) PQDCF旋塗前後的EMCCD成像傳感器的外量子效率；(f) PQDCF的熒光光譜及在室內日光（上）和365 nm紫外燈下（下）的照片

矽半導體技術的進步推動了圖像傳感器的發展，在可靠性、集成度、大麵陣、成本等方麵都有明顯的進步，由於矽本身性質使得圖像傳感器在紫外波段的低響應率 、低量子效率限製了其進一步發展伴隨紫外探測技術的廣泛應用需求，發展高響應率、高量子效率的紫外圖像傳感器仍麵臨一些挑戰 ：（1）盡管目前可以用半導體工藝（背減薄、表麵離子注入、激光退火和減反射膜）來改善圖像傳感器在紫外波段的響應能力，但其整體效果不太理想；（2）雖然可以通過傳統的Lumogen、暈苯等有機熒光轉換材料提升圖像傳感器的紫外探測效率，但綜合其穩定性
、熒光量子產率
、成本和光學性能來考慮 ，需要進一步研究新的有機發光材料體係；（3）量子點材料與聚合物的非原位複合會引起相鄰量子點發生團聚，導致其熒光量子產率和量子點薄膜透過率不高
。

綜合來看，紫外增強圖像傳感器相較於GaAlN基紫外焦平麵探測器具有成本低
、工藝與矽基器件兼容等特點，仍然值得在此方向開展相關的基礎及應用研究

圖像傳感器在紫外成像方麵的應用：(a) 鹽酸二甲雙胍可見透射和紫外吸收圖像；(b) 片劑的可見光和紫外圖像；(c)電站煙囪校準後的SO2圖像；(d) 高分辨率極紫外相機模型；(e) 哈勃望遠鏡第三代相機的CCD探測器封裝圖；(f) SUIT所有子係統的有效載荷

該項目獲得國家重點研發計劃（2019YFB2203404）和雲南省創新團隊項目（2018HC020）的支持該研究第一作者為昆明物理研究所碩士研究生羅磊 ，主要從事紫外增強CMOS圖像傳感器的研究工作作者及所在單位

羅  磊¹ ² ³，唐利斌¹ ³ ，左文彬¹ ³1. 昆明物理研究所，雲南 昆明 650223；2. 雲南大學 材料與能源學院
，雲南 昆明 650500；3. 雲南省先進光電材料與器件重點實驗室，雲南 昆明 650223

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