本申请提供一种像素结构、红外图像传感器和电子设备。该像素结构中，第一绝缘层中开设有与第一阱区相对的第一过孔，石墨烯填充第一过孔并与第一阱区形成异质结，深阱区与第一阱区的下端部以及第二阱区的下端部相连；第一电极与石墨烯电接触，第二阱区的上端部与第二电极形成欧姆接触；第一阱区、第二阱区和深阱区的导电类型相同，第二阱区环绕第一阱区且二者之间设置有隔离槽。本申请的像素结构能够响应非常宽的红外光谱范围。非常宽的红外光谱范围。非常宽的红外光谱范围。
【技术实现步骤摘要】
像素结构、红外图像传感器和电子设备
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2021年3月5日申请的专利申请号为CN202120477623.3且专利技术名称为“像素结构、红外图像传感器和电子设备”的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
[0003]本申请属于光电探测
，具体涉及一种像素结构、图像传感器和电子设备。
技术介绍
[0004]现有的红外图像传感器中，多采用铟镓砷(InGaAs)、碲镉汞(HgCdTe)等材料作为光敏层对红外线做出响应，并光敏层与读出电路(Readout Circuit)链接(具体地，将光敏层制作在读出电路上方)，由读出电路读出光敏层受红外线照射所产生的电信号。受光敏层材料能带结构所限，红外图像传感器响应的红外线的波长范围相对较窄。
技术实现思路
[0005]本申请的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种像素结构、红外图像传感器和电子设备。
[0006]为解决上述技术问题，本申请采用如下技术方案：一种像素结构，包括：半导体衬底、形成在所述半导体衬底中的第一阱区、形成在所述半导体衬底中的第二阱区、形成在所述半导体衬底中的深阱区、形成在所述半导体衬底上表面上的第一绝缘层，以及包括：石墨烯、第一电极和第二电极；
[0007]所述第一绝缘层中开设有与所述第一阱区相对的第一过孔，所述石墨烯填充所述第一过孔并与所述第一阱区形成肖特基异质结，所述深阱区与所述第一阱区的下端部以及所述第二阱区的下端部相连；
[0008]所述第一电极与所述石墨烯电接触，所述第二阱区的上端部与所述第二电极形成欧姆接触；
[0009]所述第一阱区、所述第二阱区和所述深阱区的导电类型相同，所述第二阱区环绕所述第一阱区且二者之间设置有隔离槽。
[0010]在一些实施例中，所述像素结构还包括形成在所述半导体衬底中的第三阱区，所述第三阱区环绕所述第一阱区且被所述第二阱区内侧的隔离槽所环绕，所述第三阱区的上端部与所述第一电极形成欧姆接触，所述第三阱区的导电类型与所述第一阱区的导电类型相反。
[0011]在一些实施例中，所述第三阱区与所述第一阱区邻接并形成PN结。
[0012]在一些实施例中，所述第三阱区与所述深阱区邻接并形成PN结。
[0013]在一些实施例中，所述第三阱区与所述第一阱区之间以及与所述深阱区之间均留有间距。
[0014]在一些实施例中，所述像素结构还包括：第一调节电极、第二调节电极、以及覆盖
所述石墨烯的第二绝缘层，所述第一调节电极和所述第二调节电极均位于所述第二绝缘层背向所述半导体衬底一侧，所述石墨烯与所述第一阱区的接触面在所述半导体衬底所处平面的正投影与所述第一调节电极在所述半导体衬底所处平面的正投影相交叠，所述石墨烯与所述第一阱区的接触面在所述半导体衬底所处平面的正投影与所述第二调节电极在所述半导体衬底所处平面的正投影相交叠。
[0015]在一些实施例中，所述第一调节电极和所述第二调节电极均呈块状。
[0016]在一些实施例中，所述第一调节电极和所述第二调节电极二者在所述半导体衬底所处平面的正投影分别与所述石墨烯与所述第一阱区的接触面在所述半导体衬底所处平面的正投影的不同半区有交叠。
[0017]在一些实施例中，所述第一电极具有搭接部，所述搭接部位于所述第一绝缘层的上表面上，所述石墨烯的高度超出所述搭接部并与所述搭接部的部分上表面电接触。
[0018]在一些实施例中，所述第一阱区、所述第二阱区和所述深阱区均为N型阱或均为P型阱。
[0019]在一些实施例中，所述半导体衬底的半导体材料为硅、磷化铟、碳化硅、砷化镓或氮化镓。
[0020]在一些实施例中，所述深阱区的掺杂浓度低于所述第一阱区的掺杂浓度。
[0021]在一些实施例中，所述第二电极在所述半导体衬底所处平面的正投影环绕所述第一电极在所述半导体衬底所处平面的正投影。
[0022]在一些实施例中，所述石墨烯与所述第一阱区接触而形成肖特基异质结。
[0023]在一些实施例中，还包括第一保护层和第二保护层，所述第一保护层设置在所述石墨烯的下表面上，所述第二保护层设置在所述石墨烯的上表面上，所述第一保护层能够被隧穿而使得所述石墨烯与所述第一阱区形成肖特基异质结，所述第一保护层和所述第二保护层均为二维晶格结构。
[0024]在一些实施例中，所述第一保护层的材料和所述第二保护层的材料均为氮化硼。
[0025]在一些实施例中，所述第一保护层的厚度小于3nm。
[0026]在一些实施例中，所述第二保护层的厚度小于3nm。
[0027]为解决上述技术问题，本申请采用如下技术方案：一种红外图像传感器，包括前述的像素结构、以及与所述像素结构一一对应的读出电路，所述读出电路包括多个晶体管，所述读出电路分别与所述第一电极和所述第二电极电连接，所述读出电路中的晶体管的有源层形成在所述半导体衬底中，所述读出电路中的晶体管的有源层在所述半导体衬底所处平面的正投影与所述第一阱区在所述半导体衬底所处平面的正投影无交叠。
[0028]在一些实施例中，所述第一绝缘层作为所述多个晶体管的栅绝缘层。
[0029]为解决上述技术问题，本申请采用如下技术方案：一种电子设备，包括前述的红外图像传感器。
[0030]与现有技术相比，本申请的有益效果为：石墨烯与第一阱区形成肖特基异质结，该异质结工作在反向偏置状态，石墨烯中受红外光照射所产生的光生载流子进入第一阱区并产生雪崩效应，在该像素结构外部的读出电路能够读取第一电极和第二电极之间的电流大小，与该读出电路相连的处理电路可以根据该电流值实现成像。由于石墨烯是零带隙材料，石墨烯能够对近红外、中红外以及远红外的红外光均能有良好的响应，因此该像素结构能
够探测到的红外光的光谱范围很宽。
附图说明
[0031]图1是根据本申请实施例的像素结构的结构示意图。
[0032]图2是图1所示像素结构中部分结构在半导体衬底所处平面的正投影。
[0033]图3是根据本申请另一实施例的像素结构的结构示意图。
[0034]图4是图3所示像素结构中部分结构在半导体衬底所处平面的正投影。
[0035]图5是根据本申请实施例的红外图像传感器的结构示意图。
[0036]图6是根据本申请另一实施例的像素结构的结构示意图。
[0037]其中，1、半导体衬底；21、第一阱区；22、第二阱区；23、深阱区；24、第三阱区；25、第四阱区；3、隔离槽；4、第一绝缘层；5、第二绝缘层；6、钝化层；7、石墨烯；81、第一保护层；82、第二保护层；P1、第一电极；P11、搭接部；P2、第二电极；P3、第一调节电极；P4、第二调节电极；S、源极；G、栅极；D、漏极。
具体实施方式
[0038]在本申请中，应理解，诸如“包括”或“具有”等术语旨在指示本说明书中存在所公开的特征、数字、步骤、行为、部件、部分本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种像素结构，其特征在于，包括：半导体衬底(1)、形成在所述半导体衬底(1)中的第一阱区(21)、形成在所述半导体衬底(1)中的第二阱区(22)、形成在所述半导体衬底(1)中的深阱区(23)、形成在所述半导体衬底(1)上表面上的第一绝缘层(4)，以及包括：石墨烯(7)、第一电极(P1)和第二电极(P2)；所述第一绝缘层(4)中开设有与所述第一阱区(21)相对的第一过孔，所述石墨烯(7)填充所述第一过孔并与所述第一阱区(21)形成肖特基异质结，所述深阱区(23)与所述第一阱区(21)的下端部以及所述第二阱区(22)的下端部相连；所述第一电极(P1)与所述石墨烯(7)电接触，所述第二阱区(22)的上端部与所述第二电极(P2)形成欧姆接触；所述第一阱区(21)、所述第二阱区(22)和所述深阱区(23)的导电类型相同，所述第二阱区(22)环绕所述第一阱区(21)且二者之间设置有隔离槽(3)。2.根据权利要求1所述的像素结构，其特征在于，所述像素结构还包括形成在所述半导体衬底(1)中的第三阱区(24)，所述第三阱区(24)环绕所述第一阱区(21)且被所述第二阱区(22)内侧的隔离槽(3)所环绕，所述第三阱区(24)的上端部所述第一电极(P1)形成欧姆接触，所述第三阱区(24)的导电类型与所述第一阱区(21)的导电类型相反。3.根据权利要求1所述的像素结构，其特征在于，所述像素结构还包括：第一调节电极(P3)、第二调节电极(P4)、以及覆盖所述石墨烯(7)的第二绝缘层(5)，所述第一调节电极(P3)和所述第二调节电极(P4)均位于所述第二绝缘层(5)背向所述半导体衬底(1)一侧，所述石墨烯(7)与所述第一阱区(21)的接触面在所述半导体衬底(1)所处平面的正投影与所述第一调节电极(P3)在...
【专利技术属性】
技术研发人员：杜思超，
申请(专利权)人：南京扬字源科技有限公司，
类型：新型
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。