最新研究显示，在 200 毫米晶圆平台上制造出了石墨烯场效应晶体管量子点（GFET-QD）混合光电探测器。这些器件具有高良率（96%）、低变异性以及在宽波长范围（400 至 1800 纳米）内令人印象深刻的灵敏度（10^5 至 10^6 V/W）。GFET QD 结构可通过栅极调节光电压，使其适用于电子快门操作。该研究成果最近发表在《科学报告》上，其亮点包括与互补金属氧化物半导体（CMOS）技术的成功集成以及在工作条件下的稳定性。该研究强调了商业化所需的生产可扩展性和可重复性，并介绍了用于生产高质量石墨烯和量子点的创新工艺。总之，这些成果标志着石墨烯基光电探测器在成像系统中的实际应用迈出了重要一步。
GFET-QD 混合光电探测器可用于成像系统的各种应用，从监控、搜救和车辆安全，到改善食品和食品包装的分类以减少其对环境的影响。GFET-QD 光电探测器的关键优势在于高灵敏度和快速响应时间。其制造工艺采用了先进的技术，如化学气相沉积技术以获得高质量的石墨烯，以及精细的层转移方法，这些都有助于实现低缺陷浓度和高面积均匀性，从而达到令人印象深刻的良品率。
图 设备结构、工作原理和光学显微镜图像。摘自 Li 等人，DOI: 10.1038/s41598-025-96207-z，采用 CC BY 4.0 许可。(Graphene-PbS quantum dot hybrid photodetectors from 200 mm wafer scale processing)
研究期间克服的主要挑战包括确保可扩展的生产流程、可重复性以及与现有硅技术的集成，以满足商业制造要求。通过解决单层石墨烯的化学气相沉积（CVD）、转移和图案化等晶圆级石墨烯集成过程中的若干问题，使这一目标成为可能。这些工艺确保了与成像功能化的兼容性，并能在惰性气氛下大面积沉积多层量子点（QD）吸收材料。此外，还采用了薄膜氧化铝（Al₂O₃）涂层和密封半导体封装等封装技术。该演示在多个方面将原始概念提升到了更高的技术水平，包括晶圆级石墨烯器件的统计、定制 CMOS 电路的开发以及可投入生产的封装解决方案的实施。
通过与 CMOS 技术的集成，可以开发出更紧凑、更高效的成像传感器阵列，从而降低生产成本，提高器件功能，将石墨烯光电探测器提升到更高的技术就绪水平（TLR）。
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