[发明专利]一种堆叠式彩色图像传感器及其单片集成方法

权利要求书

1.一种堆叠式彩色图像传感器，其特征在于，包括：

衬底和位于所述衬底上的像素阵列，所述像素阵列由多层像素结构堆叠而成，相邻所述像素结构之间设置有透光绝缘层；

所述像素结构包括读出电路阵列、感光层和电极层，所述感光层位于所述读出电路阵列和所述电极层之间，多层所述像素结构中不同层的感光层对不同波段的光具有吸收选择性；所述像素阵列由第一、第二、第三像素结构堆叠而成，第一像素结构的感光层为吸收蓝光波段的蓝色感光层，第二像素结构的感光层为吸收绿光波段的绿色感光层，第三像素结构的感光层为吸收红光波段的红色感光层；

所述透光绝缘层、读出电路阵列和电极层均采用二维层状材料制成，用于缩小堆叠式彩色图像传感器中感光层与感光层之间的距离，以及缩短光程；其中，所述像素阵列沿垂直于衬底方向的厚度小于或等于10μm。

2.根据权利要求1所述的堆叠式彩色图像传感器，其特征在于，所述感光层为有机光电导薄膜。

3.根据权利要求1所述的堆叠式彩色图像传感器，其特征在于，所述读出电路阵列包括读出晶体管、介电层、钝化层、像素电极、栅电极和信号读出线；所述像素电极连接所述感光层，所述读出晶体管连接所述像素电极，所述信号读出线连接所述读出晶体管；所述栅电极和所述读出晶体管之间通过所述介电层连接；所述钝化层位于所述读出晶体管和所述感光层之间。

4.根据权利要求3所述的堆叠式彩色图像传感器，其特征在于，所述读出晶体管为半导体材料层，所述半导体材料层所使用的二维层状材料包括二硫化钼、硒化铟、黑磷、二硒化钨中的其中一种或者多种。

5.根据权利要求3所述的堆叠式彩色图像传感器，其特征在于，所述电极层、像素电极、栅电极和信号读出线所使用的二维层状材料为石墨烯。

6.根据权利要求3所述的堆叠式彩色图像传感器，其特征在于，所述透光绝缘层、介电层和钝化层所使用的二维层状材料为六方氮化硼。

7.一种堆叠式彩色图像传感器的单片集成方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：提供一衬底，在所述衬底上制备一层像素结构，作为第一像素结构；

步骤二：在所述第一像素结构上转移第一透光绝缘层，在所述第一透光绝缘层上制备一层像素结构，作为第二像素结构；

步骤三：在所述第二像素结构上转移第二透光绝缘层，在所述第二透光绝缘层上制备一层像素结构，作为第三像素结构；其中，

所述第一像素结构、第二像素结构和第三像素结构均包含有感光层、读出电路阵列和电极层；

所述像素结构堆叠形成像素阵列，得到堆叠式彩色图像传感器；

所述透光绝缘层、读出电路阵列和电极层均采用二维层状材料制成，用于缩小堆叠式彩色图像传感器中感光层与感光层之间的距离，以及缩短光程；所述像素阵列沿垂直于衬底方向的厚度小于或等于10μm。

8.根据权利要求7所述的堆叠式彩色图像传感器的单片集成方法，其特征在于，所述二维层状材料的制备方法为机械剥离法或化学气相沉积法。

9.根据权利要求7所述的堆叠式彩色图像传感器的单片集成方法，其特征在于，所述像素结构的制备方法为：提供一读出电路阵列，在所述读出电路阵列表面制备感光层，在所述感光层表面转移一层电极层材料。

10.根据权利要求9所述的堆叠式彩色图像传感器的单片集成方法，其特征在于，所述读出电路阵列的制备过程为：将栅电极、介电层、读出晶体管、像素电极、信号读出线和钝化层材料依次转移至另一衬底上，在每一次转移步骤之后对该步骤所转移的材料进行刻蚀形成所需的形状。

11.根据权利要求9所述的堆叠式彩色图像传感器的单片集成方法，其特征在于，所述感光层的制备工艺为低温沉积或蒸发工艺。

12.根据权利要求10所述的堆叠式彩色图像传感器的单片集成方法，其特征在于，所述透光绝缘层、电极层、栅电极、介电层、读出晶体管、像素电极、信号读出线和钝化层材料的转移工艺采用低温转移工艺。