[发明专利]一种基于石墨烯/绝缘层/半导体结构的电荷耦合器件

说明书

本发明公开了一种基于石墨烯/绝缘层/半导体结构的电荷耦合器件，包括组成阵列的若干像素，所述像素自下而上依次包括栅极、半导体衬底、绝缘层、源极、漏极与石墨烯薄膜；所述源极和所述漏极水平间隔布置于所述绝缘层的上表面；所述石墨烯薄膜覆盖在所述源极、漏极及其之间的绝缘层的上表面。入射光照射到本发明的电荷耦合器件表面，被半导体衬底吸收。由于石墨烯薄膜的特殊性质，其通过电容性耦合可以有效收集载流子，产生的光电流信号直接从单个像素结构输出，实现本地读取、随机读取，无需采用传统器件的像素之间横向转移电荷方式，从根本上改变电荷耦合器件的电荷信号读出方式，提高成像系统的整体响应速度、线性动态范围和可靠性。

技术领域

本发明属于图像传感器技术领域，涉及图像传感器器件结构，尤其涉及一种基于石墨烯/绝缘层/半导体结构的电荷耦合器件。

背景技术

电荷耦合器件(CCD)图像传感器可直接将光学信号转换为模拟电流信号，电流信号经过放大和模数转换，实现图像的获取、存储、传输、处理和复现。它能够根据照射在其面上的光线产生相应的电荷信号，在通过模数转换器芯片转换成“0”或“1”的数字信号，这种数字信号经过压缩和程序排列后，可由闪速存储器或硬盘卡保存即收光信号转换成计算机能识别的电子图像信号，可对被测物体进行准确的测量、分析。传统的CCD与CMOS图像传感器相比具有更好的成像品质，但由于CCD采用像素之间电荷横向传递的方式输出数据，系统的整体响应速度慢，并且只要其中有一个像素传送出现故障，就会导致一整排的数据无法正常传送，因此控制CCD的良品率较为困难。

石墨烯是由单层sp2杂化碳原子构成的蜂窝状二维平面晶体薄膜，具有优异的力、热、光、电等性能。与普通金属不同，石墨烯是一种具有透明和柔性的新型二维导电材料。石墨烯和覆盖在半导体氧化片可以构成简单的场效应结构，制备工艺简单，易于转移到任何衬底上。由于石墨烯透光性很高，能够提高传统光电器件的量子效率。

发明内容

为了解决以上技术问题，本发明提供一种基于石墨烯/绝缘层/半导体结构的电荷耦合器件。

本发明的一种基于石墨烯/绝缘层/半导体结构的电荷耦合器件，包括像素，所述像素自下而上依次包括栅极、半导体衬底、绝缘层、源极、漏极与石墨烯薄膜；所述源极和所述漏极水平间隔布置于所述绝缘层的上表面；所述石墨烯薄膜覆盖在所述源极、漏极及其之间的绝缘层的上表面。

作为优选的技术方案，所述半导体衬底为轻掺杂半导体。

作为优选的技术方案，所述半导体衬底为n型轻掺杂硅，绝缘层为二氧化硅。

作为优选的技术方案，在所述半导体衬底和绝缘层之间设置有埋沟层，所述埋沟层为n型掺杂，所述半导体衬底为p型掺杂。

作为优选的技术方案，所述半导体衬底为窄禁带宽度半导体。

作为优选的技术方案，所述石墨烯薄膜分为两段，一段为n型掺杂石墨烯，一段为p型掺杂石墨烯，分别覆盖在所述源极和漏极上，连接于绝缘层上，形成PN结。

作为优选的技术方案，所述绝缘层为紫外光吸收系数低的材料。

作为优选的技术方案，所述半导体衬底为宽禁带宽度半导体。

作为优选的技术方案，所述绝缘层为高介电常数介质。

作为优选的技术方案，光线由下方射入所述电荷耦合器件，提高使用的灵活性。