[发明专利]使用溶液处理PBS光探测器的新型IR图像传感器

说明书

关于本申请的交叉引用

本申请要求2013年1月25日提交的第61/756730号的美国临时申请的权益，包括附图、表格或图片的全部内容通过引入并入本申请。

背景技术

红外探测器是探测红外辐射的装置。由于这类装置在夜视、测距、安保和半导体晶片检测方面的潜在应用，已经对这类装置进行了大量研究。近来，在Koch等的美国专利第6906326号中已经公开了利用量子点(QD)作为光敏材料的光探测器，其中在全无机光探测器中采用了通过传统外延生长工艺制备的InAs和GaAs量子点，其通过凸点接合至读出电路来连接读出电路并组装成阵列。

QD是晶体纳米颗粒，通常为第III-V族半导体材料的晶体纳米颗粒，例如，InAs/GaAs。QD具有三维局部吸引势，其中电子被局限在具有电子波长尺寸的QD中，QD具有不连续能级。通过控制QD的大小，获得对于特定波长的光的敏感性。当光子波长的能量为量子点基态与通常为第一激发态之间的能量差时，入射到QD上的光子被吸收。当向QD施加电场时，QD处于其激发态时电流流动，其允许检测促进电子激发的该波长处的光。

对应用于图像传感器的可同时检测一个或更多波长的光的高性能和低成本的量子点红外探测器(QDIP)仍存在需求。

发明内容

本发明的各实施方案涉及包括红外探测器阵列的图像传感器，其中光探测器的敏化层包括纳米颗粒。所述的红外探测器阵列可为量子点红外探测器阵列(QDIPA)，其中敏化层包括PbS或PbSe量子点。所述红外探测器具有透红外电极。此外，所述红外探测器包括对电极，并且可包括增强所述图像传感器性能的空穴阻挡层、电子阻挡层和/或减反射层。

附图说明

图1示出了按照本发明的一个实施方案的图像传感器的图，其中包括量子点红外探测器(QDIP)的阵列的量子点红外探测器阵列(QDIPA)构建在CMOS读出晶体管阵列的基底上。

图2示出了按照本发明的一个实施方案的沉积在常规晶体管读出阵列上的QDIPA的截面图。

图3示出了按照本发明的一个实施方案的对于Ca/Ag双层电极的透过率相对红外波长的曲线，该电极可以作为QDIPA的QDIP的顶电极。

图4示出了按照本发明的一个实施方案的对于不同尺寸PbSe QD的红外吸光度的交叠曲线，该量子点可以用作图像传感器中QDIP的红外敏化层。

图5示出了按照本发明的一个实施方案的在图像传感器中使用的具有ITO和Ca/Ag透明电极和作为红外敏化层的PbS QD的无机-有机QDIP，该无机-有机QDIP用于通过不同电极的比较检测质量。

图6是按照本发明的一个实施方案的当光照穿过用于图像传感器中的QDIP的两个透明面时，图5的装置的I-V特性曲线。

图7是按照本发明的一个实施方案的当光照穿过用于图像传感器中的QDIP的两个透明面时，图5的装置的EQE特性曲线。

图8是按照本发明的一个实施方案的当光照穿过用于图像传感器中的QDIP的两个透明面时，图5的装置的检测能力特性曲线。

具体实施方式

本发明的一个实施方案是用作图像传感器的量子点红外探测器阵列(QDIPA)。本发明的另一实施方案是制备该图像传感器的方法，其中用于量子点红外探测器的基底是读出晶体管。如图1所示，该QDIPA是与基于常规晶体管的读出阵列与有机或无机纳米粒子光探测器串联连接的组合体。图2示出了QDIPA的示例性量子点红外探测器(QDIP)。

QDIP包括在红外接收面上的透明电极，其中，在本发明的一个示例性的实施方案中，所述透明电极可以是Ca(10nm)/Ag(10nm)双层。如图3插图中所示，测试了关于该Ca(10nm)/Ag(10nm)双层对红外辐射的透明度，如图3的曲线中所示，其中在2000nm处的透射率约40％。Ca层的厚度可以为5nm至50nm，而Ag层的厚度可以为5nm至30nm。可替代的，所述透红外电极可为铟锡氧化物(ITO)、铟锌氧化物(IZO)、铝锡氧化物(ATO)、铝锌氧化物(AZO)、碳纳米管、银纳米线，或Mg:Al组成比为10:1且总厚度为10nm至30nm的Mg:Al混合层。可在电极外表面上采用Mg:Al混合层以及另外的高达100nm的三-(8-羟基喹啉)铝(Alq₃)层，该层用作减反射层。