Page 162 - 机械设计制造与自动化技术研究

Research on Mechanical Design, Manufacturing and Automation Technology
机械设计制造与自动化技术研究

本身禁带宽度的限制，硅基图像传感器的光响应范围仅限于可见至近红外波段
（400~1200nm）；同时，随着器件的制程不断缩小和集成度不断提高，散热和
漏电等问题也逐渐凸显；此外，由于硅基半导体集成技术逐渐接近摩尔定律的极

限，CCD 和 CMOS 传感器也难以进一步实现微型化。因此，在特定应用场景下，
对于具备微型化和多功能的新型图像传感器的需求迫在眉睫。
二维半导体得益于其丰富的材料体系、原子级平整的界面，以及优异的光
电特性，成为构筑新型图像传感器的理想选择。基于二维半导体构筑的微型化、

多功能的图像传感器展现了多方面的优势，包括小体积、低能耗、高灵敏度、低
噪声和响应波段范围可调等。此外，利用栅压、掺杂、合金化或构筑异质结等
手段，可以有效地定制和优化图像传感器的性能。例如，FengnianXia 课题组基
于栅压调控的黑磷薄膜开发了超宽波段光电探测器，可覆盖可见到中红外波段

（532nm~3.39μm）。本课题组通过化学气相输运方法实现了带隙宽度在 1.37eV
（SnSe2 带隙宽度）~2.27eV（SnS2 带隙宽度）范围内连续可调的 SnSe2（1-x）
S2x 合金，选择合适的组分比例就能得到适用于不同波段的光电探测器。而
ZhipeiSun 课题组基于栅压可调控光电响应的 MoS2/WSe2 范德瓦尔斯异质结实现

了单像素器件的光谱探测器和图像传感器。此外，借助二维半导体面内原子排布
各向异性的特征，将其作为光吸收层可以构筑偏振敏感的图像传感器，从而极大
地拓展了图像传感器的信息感知维度。鉴于图像传感器发展面临的挑战及困境，
结合二维半导体的独特性质，对基于二维半导体构筑的新型图像传感器进行了全

面综述。文章首先分析了典型的二维半导体的禁带宽度，选择适当的二维半导体
作为图像传感器的光吸收层，可实现在相应的波段范围内展示成像功能。其次，
利用具有面内各向异性特征的二维半导体作为器件的光吸收层，可以有效地构筑
偏振敏感图像传感器。最后，随着大面积二维半导体材料生长技术和微纳加工工

艺的不断完善，阵列图像传感器的构筑将更好地满足未来图像传感器的发展需求，
构建集成且高效的多功能图像传感器，从而进一步丰富应用场景。

一、二维半导体带隙及光响应波段

二维半导体材料的原子层内由较强的共价键或离子键结合，层与层之间由范
德华力结合在一起，表现出强的光 - 物质相互作用、量子限域效应、原子级平整
的界面以及可调谐的光电响应等性质。这种独特的结构和性质赋予了二维半导体

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