デバイス用材料：モノリシックにin situで集積化されたPbS赤外線イメージャー

イメージセンサーは、人工知能の極めて重要な構成要素であるが、従来の手法では検出器アレイを読み出し集積回路（ROIC）に接合しており、このプロセスが複雑さとコストを増大させる。理想的な代替法に、原料を用いて溶液からROIC上に検出器を直接成長させる方法があるが、ROICと適合するプロセスを通じて電子材料グレードの薄膜を得ることが困難であるため、実現に至っていなかった。今回我々は、生体鉱物化作用（バイオミネラリゼーション）の原理に着想を得て、室温の水溶液プロセスを用いる、ROIC上への高性能硫化鉛（PbS）光検出器のモノリシックin situ集積（MISI）を実証する。我々は、Pb–OHの錯体形成を調節し、環境由来の摂動を抑制することによって、優れた電子特性（キャリア密度約2 × 10¹⁵ cm⁻³、移動度124 cm² V⁻¹ s⁻¹）と、ウエハースケールおよびピクセルレベルの均一性を備えた準単結晶PbS薄膜を実現した。アンチモンをドーピングして得られたフォトダイオードは、2.5 μm波長において4.4 × 10¹¹ Jonesという記録的な比検出能を示し、これは市販のInGaAs検出器を上回る。さらに我々は、鮮明な赤外線画像を取得する640 × 512ピクセルの焦点面アレイを作製するとともに、フレキシブルROIC上にデバイスを直接集積化した。この溶液ベースのMISI手法は、先進的なオプトエレクトロニクスやセンサーに向けてスケーラブルで革新的な道筋を提供する。

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