CN102165572A - 用于稳定、敏感性光检测器的材料、制造设备与方法及由其制成的影像感应器 - Google Patents

用于稳定、敏感性光检测器的材料、制造设备与方法及由其制成的影像感应器 Download PDF

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Abstract

光敏装置包含一装置，其包含第一触点及第二触点，各自具有功函数，及位于所述第一触点与所述第二触点之间的光敏材料。所述光敏材料包含p-型或n-型半导体，且所述光敏材料具有功函数。电路在所述第一触点和所述第二电路之间施加偏电压。所述光敏材料具有大于当将偏电压施加到所述第一触点和所述第二触点之间时从所述第一触点至所述第二触点的电子运行时间的电子寿命。所述第一触点提供电子的注入并阻断电洞的撷取。所述第一触点与所述光敏材料之间的界面提供少于1cm/s的表面重组速率。

Description

用于稳定、敏感性光检测器的材料、制造设备与方法及由其制成的影像感应器
相关申请
本申请是2008年4月18日提交的美国专利申请12/106,256的部分连续申请。
本申请要求2008年7月21日提交的美国专利61/082,473的权益。
本申请要求2009年2月23日提交的美国专利61/154,751的权益。
技术领域
本发明总地涉及包含光敏材料(诸如纳米晶体及其它光敏材料)的光学及电子装置、系统及方法，及制造及使用所述装置及系统的方法。
背景技术
光电装置(诸如，影像感应器及光伏装置)可包含光敏材料。示例影像感应器包含将硅用于感应功能及读取电子及多任务功能的装置。在某些影像感应器中，光敏硅光二极管及电子装置可形成于一单硅晶圆上。其它示例影像感应器可使用不同材料，诸如，InGaAs(用于短波IR感应)，或非晶硒(用于x-射线感应)，用于感应(光子转化成电子)功能。示例光伏装置包含太阳能电池，其使用结晶硅晶圆来进行光子-电子转化。其它示例光伏装置可使用一独立的材料层(诸如，非晶硅或多晶硅)或不同材料来进行光子-电子转化。但是，已知这些影像感应器及光伏装置具有数种限制。
通过引用结合
本说明书中提及的每一专利、专利申请和/或公告通过引用其全文结合于本文中，如同每一专利、专利申请和/或公告被特别且个别指示通过引用结合的程度。
附图说明
图1显示一实施例的材料堆栈物。
图2显示一实施例的在一像素一部分上的材料堆栈物的截面图。
图3显示一实施例的在一像素上的材料堆栈物的截面图。
具体实施方式
下面描述一种光敏装置。所述装置包含第一触点及第二触点，各自具有功函数，及位于所述第一触点及所述第二触点之间的光敏材料。所述光敏材料包含p-型半导体，且所述光敏材料具有功函数。所述装置包含在所述第一触点及所述第二触点之间施加偏电压的电路。所述光敏材料的功函数的大小比所述第一触点的功函数的大小大至少0.4eV，且还比所述第二触点的功函数的大小大至少0.4eV。所述光敏材料具有大于当将所述偏电压施加在所述第一触点及所述第二触点之间时从所述第一触点至所述第二触点的电子转移时间的电子寿命。所述第一触点提供电子注入且阻断电洞的撷取。所述第一触点与光敏材料间的界面提供少于1cm/s的表面重组速率。
下面描述一种光敏装置。所述装置包含第一触点、n-型半导体、包含p-型半导体的光敏材料及第二触点。所述光敏材料及第二触点各自具有比4.5ev浅的功函数。所述装置包含在所述第一触点及所述第二触点之间施加偏电压的电路。所述光敏材料具有大于当所述偏电压施加在所述第一触点及所述第二触点之间时从所述第一触点至所述第二触点的电子转移时间的电子寿命。所述第一触点提供电子的注入及阻断电洞的撷取。所述第一触点与所述光敏材料间的界面提供少于1cm/s的表面重组速率。
下面描述一种光检测器。所述光检测器包含第一触点及第二触点，各自具有功函数。所述光检测器包含位于所述第一触点及第二触点之间的光敏材料，所述光敏材料包含p-型半导体，且所述光敏材料具有功函数。所述光检测器包含在所述第一触点及所述第二触点之间施加偏电压的电路。所述光敏材料的功函数的大小比所述第一触点的功函数的大小大至少0.4eV，且还比所述第二触点的功函数的大小大至少0.4eV。所述光检测器包含在所述第一触点及所述第二触点之间施加偏电压的电路。当所述偏压施加在所述第一触点及所述第二触点之间时，所述光敏材料提供至少0.8A/W的响应度。
以下描述中，引入许多具体细节以提供充分了解并能描述所述系统及方法的实施例。但是，相关领域技术人员会了解这些实施例可以无所述具体细节中的一个或多个或以其它组件、系统等而实施。其它情况下，已知结构或操作未被显示，或未被详细描述，以避免混淆揭露实施例的各方面。
影像感应器结合光检测器阵列。这些光检测器感应光线，使其从光学信号转化成电子信号。下面是多个特征的说明，其任一或组合可在实施例的光检测器中发现；但是，本文中的实施例并非仅限于这些特征。
一实施例的光检测器系可轻易地与和影像感应功能有关的其它电路(诸如，贮存电荷的电路、延迟至阵列周边的信号水平的电路、在模拟领域操作这些信号量的电路、将模拟转化成数字信号的电路，及数字领域中处理与影像有关的数据的电路)整合。
一实施例的光检测器提供对一波长带谱或与低暗电流一起的感兴趣的带谱内的光线的最大敏感度。敏感度通常使用在特定照明度的测量信号噪声比(SNR)量化。当装置的响应度、量子效率，或增益最大时，信号最大化。当电子信号内的随机变动最小时，噪声最小化，易遭受特定温度下电流及电压的自然变动所产生的限制。相关地，背景信号的噪声及其它未受控制或难以预期的变化一般在暗电流的大小最小时达最小。
一实施例的光检测器提供与使用传统处理方法形成的传统光检测器相比较时相对较快的响应时间。诸如录像成像及无快门静像撷取的应用通常需要信号量实质上完全改变以响应于少于100毫秒(10个画格/秒)，或少于33毫秒(30个画格/秒)，或甚至1毫秒(1/1000秒曝光一静像)内的瞬变的光检测器。
一实施例的光检测器提供以可通过传统电子电路方便地处理的方式检测广范围的光强度。此特征已知提供高动态范围。提供高动态范围的一种方法是压缩作为入射光刺激的函数的所测得的电子响应。这种压缩可被称为次线性，即，具减少的斜率的非线性(电信号对入射强度的依赖性)。高动态范围还可通过使用增益可被控制的光检测器(如通过选择已知产生特定增益的电压偏差)来促进。
一实施例的光检测器可提供不同光谱带的电磁辐射的识别。特别感兴趣的是x-射线、紫外线、可见光(包含蓝、绿及红)、近红外线及短波红外线带谱。
下面描述在各种应用中产生、组合(例如，与电路)，及开拓上表面光检测器或光检测器数组的方法及处理。
本文中所述的光检测器及光检测器阵列可轻易地与影像感应器电路及系统的其它部分通过诸如旋转涂覆、喷洒涂覆、滴液涂覆、喷溅、物理蒸气沉积、化学蒸气沉积及自行组合等方法整体化。实施例包含以钝化纳米颗粒表面的配位体替换较短的配位体，其在膜形成时会提供适当电荷载体移动性。实施例包含溶液相替换，其能实现用以实现在一阵列上具有可接受的一致暗电流及光响应性的影像感应器所需平滑形态膜。
本文中所述的光检测器提供相对最大的敏感性。其通过提供光导增益而使信号达最大。光导增益值范围为1-50，造成，例如，在可见波长的范围从0.4A/W至20A/W的响应度。在实施例中，本文中所述的光检测器通过熔合纳米晶核使噪声达最小，以确保在构成使电流经其流过的光敏层的颗粒间实质上无噪声降解的电通讯。在实施例中，本文中所述的光检测器通过使活性层的净掺杂达最小而使暗电流达最小，因此确保这些光敏材料的暗载体密度及因而暗导性达最小。在实施例中，本文中所述的光检测器通过提供电极与纳米晶体层电连接(其阻断，例如，一种载体，可能包含平衡的主要载体)而使暗电流达最小。在实施例中，使用交联分子，其利用化学官能性除去造成p-型掺杂的氧化物、硫酸盐和/或氢氧化物。因此，在实施例中，可提供一更为本质性或平坦的n-型光敏层，导致降低的暗电流。在实施例中，量子点合成和/或加工处理和/或装置封装的许多步骤可在受控环境(诸如，Schlenk line或Glove Box)中进行；且光敏层可使用实质上不可渗透层(诸如氧化物、氧氮化物，或聚合物诸如聚二甲苯或环氧化物)封装，以避免反应性气体(诸如，氧或水)显著渗透光敏层。这样，可在影像感应器的使用寿命内保持如增益、暗电流及滞后等的性质组合。
本文中所述的光检测器提供可快达约低于100毫秒，低于30-毫秒及低于1-毫秒的时域响应。在实施例中，此可通过提供与光敏层有关的提供增益(及提供暂留)的捕捉态而实现，其可捉至少一种载体仅持续诸如100毫秒，30毫秒，或低于1毫秒的有限时间。在实施例中，PbS纳米颗粒用PbSO3(PbS的氧化物)装点，显示具有约20-30毫秒附近的捕捉态寿命，提供适于许多录像成像应用的瞬时响应。在实施例中，以胶体量子点层为主替代地提供光二极管，其中采用具有可察觉出的不同功函数的二电触点来接触此活性层。在实施例中，暗电流可通过操作这种装置而不施加可察觉的外部电压偏差而达最小。在实施例中，交联部分(诸如，苯二硫醇、二齿连接剂)可用于除去和/或钝化可在这种材料中存在或发展的某些捕捉态。
本文中所述的光检测器通过产生电信号(诸如，光电流)的次线性相依性而提供增强的动态范围。在低至中强度的范围内，捕捉态可被填充，且在某一适度暂留(或捕捉态)寿命(如30毫秒)后发生逃离。在更高强度下，这种捕捉态被实质上填充，因此，电荷载体遭遇对应于较低差异的增益的较短寿命(或暂留时间)。因此，这种装置在低至中强度范围内展现实质上固定的增益，其后，在更高强度下增益平缓下降。换言之，在低至中强度，光电流大致线性地取决于强度，但在更高强度，光电流展现对强度的次线性依赖性。在实施例中，提供光检测器，其中光导增益取决于施加至装置的偏。这因为增益与载体寿命除以载体转移时间呈比例而发生，且转移时间与施加的场呈反比例改变。在实施例中，建立利用增益对偏差的这种依赖性来增加动态范围的电路。
在实施例中，本文中所述的光检测器可被轻易地改变或“调整”，以提供对不同光谱带的敏感性。通过量子尺寸效应来提供调整，因此在通过合成控制的情况下，减少纳米颗粒直径，以增加所得量子点的有效能隙。另一调整方法通过选择材料组成来提供，其中，使用具有较大总能隙的材料通常促进具有于较高光子能量的响应度起点的光检测器的实现。在实施例中，具有不同吸收起点的光检测器可被迭置以形成垂直像素，其中较接近光学信号来源的像素吸收且感应较高能带的电磁辐射，而较远离光学信号来源的像素吸收及感应较低能带。
图1显示一实施例的材料堆栈物。材料堆栈物与互补的金属氧化物半导体(CMOS)硅电路(但不限于此)整合。使用CMOS硅电路读取由光导性光检测器(包括上表面光检测器，且包括以包含PbS的胶体量子点为基础的那些)转换的信号包括使上表面光导性材料与硅CMOS电子器件整合。下面详细描述光导性光检测器的结构及组成。
图2显示一实施例的在一部分像素上的材料堆栈物的截面。此图在左手及右手侧或区域描述图1中提到的相同材料堆栈物。在此装置的侧中部用材料′7′替代材料金属′1′而并入材料金属′1′的一不连续性。材料′7′一般可为绝缘物，诸如，SiO2或SiOxNy。图2的实施例可被称为一侧像素的一部分。在实施例中，电流实质上经由材料′2′(界面)、材料′3′(黏着)，在金属′1′和材料′4′(光敏性层)之间流动。本文中所述的材料堆栈物的不同部分或区域在此被称为″材料″或″层″，但并不限于此。
图3显示一实施例的在一像素上的材料堆栈物的截面。图3的实施例可被称为一垂直像素的一部分。此图一般用材料′1′，′2′，′3′，′4′，′5′，′6′描述如上参考图1所述的相同材料堆栈物。一界面材料或层′8′被结合或整合在此装置的顶部或区域上。材料′8′包含本文中以材料’2’描述的材料组的一员或多员。一金属或接触层或材料‘9’被结合或整合在此装置的顶部或区域上。此金属或接触层’‘9’包含本文中以材料‘1’所述的材料组的一员或多员。实施例中，材料′9′包含透明导性材料，诸如，氧化铟锡、氧化锡或薄(对可见光实质上不吸收)金属(诸如，TiN、Al、TaN)或下面以材料‘1’描述的其它金属。
材料″1″是位于基材(未示出)上且可为硅CMOS集成电路的金属。在加工处理期间，其可为一200mm或300mm的晶圆，即，尚未被单一化形成晶粒的晶圆。材料″1″是指存在于CMOS集成电路晶圆的顶面的金属，其被呈现且可用于与其后层的物理、化学及电连接。金属可包括：TiN、TiO2、TixNy、Al、An、Pt、Ni、Pd、ITO、Cu、Ru、TiSi、WSi2及其组合。材料″1″被称为触点或电极，尽管本文中将探讨此触点的行为受可位于此金属及材料″4″(光导性量子点层)间的薄层影响。
可选择金属以达到一特殊功函数，且针对与它接近的层，会影响形成奥姆还是非奥姆(例如，肖特基(Schottky))接触。例如，可选择金属以提供一浅功函数，诸如，一般在-2.0eV与-4.5eV之间的值，例如，在-2.0eV与-4.2eV之间的值。
此金属可达少于5nm的均方根值的表面粗糙度。
此金属可以0.18微米或更小的临界尺寸形成图案。此金属可形成图案以使，像素到像素，电极(诸如，一像素中间电极及一格栅之间)的间隔不会以多于1％的标准偏差改变。
金属可以一氧化物(诸如，自然氧化物-诸如在TiN的情况下，TiOxNy)终结。一般，此氧化物或在其上的其它材料(诸如，有机残质、无机残质，诸如，′聚合物′等)具有一致且已知的组成物厚度。
此金属可为一导性材料，其中，构成此金属的材料主体可具有少于100微奥姆*厘米的电阻。
金属可被加工处理，使得在晶圆上，在欲形成光敏性像素的所有区域，其未被任何其它氧化物或有机物或污染物封盖。
在形成界面层之前或之后，晶圆的上表面可包括金属区及绝缘材料(诸如，绝缘氧化物)区，这样，此表面上的特征的峰谷距离少于50nm。
在引入光敏性半导体层之前，3V偏差下，在1.1x1.1um或1.4x1.4um矩形栅极中央的一像素电极间流动的漏电流应少于0.1fA。
材料′1′上的层或材料形成界面或界面层。下面依次对形成此界面的各层进行详细描述。
材料″2″是此界面层的第一部分，且包含位于所述金属上的材料。材料′2′可构成此金属的纯净表面。此层的材料可包含氧化物，包括通常通过暴露于水、氧或其它氧化物质，因被暴露金属存在而形成的那些；或可有计划地形成，诸如通过暴露于受控环境及暴露于高温如快速热处理。自然氧化物包括，例如，下列：在TiN上的TiO2及TiOxNy；在Al上的Al2O3；在Au上的Au2O3；在Pt上的PtO或PtO2；在Ni上的Ni2O3；在W上的WO3；在Pd上的PdO及在ITO上的富氧ITO。此自然氧化物可被除去，如使用蚀刻，和用另一层替换。例如，诸如TiOxNy的自然氧化物可被蚀刻(使用诸如氩喷测的方法)，然后，可在其上沉积一层，如受控制氧化物，诸如，TiO2、TiOx或TiOxNy。自然氧化物及有计划沉积的氧化物的厚度总和可为2与20nm之间。
材料′2′的一部分可为一对大部分或所有波长的可见光实质上透明的材料。其可具有大于2eV或大于2.5eV或大于3eV的能隙。其可为一大能隙掺杂半导体。其可通过化学计量而达成掺杂，诸如其中x被改变的TiOx的情况下，在材料2之下或之上，以达到净掺杂。x之值通常为1.9，以实现Ti过量于化学计量的TiO2。x之值通常可为2.1，以实现O过量于化学计量的TiO2。其中x＜-2的TiOx可通过使化学计量的TiO2暴露于还原环境而实现。游离电子的密度可通过增加起始化学计量的TiO2被还原的程度(即，相对于数值2更大量地减少TiOx中的x)而增加(其相对应于较大的n-型掺杂)。TiO2可与氮掺杂以改变其游离载体浓度、功函数，及电子亲和性。TiO2或TiOx可与B、C、Co、Fe掺杂。其可为低掺杂的n-型材料，诸如，具有10^10cm-3的平衡载体密度的轻度掺杂的TiOx。其可为适中掺杂的n-型材料，诸如，具有10^16cm-3的平衡载体密度的TiOx。其可为一更强烈掺杂的n-型材料，诸如，具有10^18或10^19cm-3的平衡载体密度的TiOx。其电子亲和性积极地实质上紧密地相对应于该金属的功函数。其功函数可实质上紧密地相对应于该金属的功函数。其离子化电势可位于比吸光层(本文中所述的材料’4’)的离子电势更深的能量。其可经由退火方法、气相处理，或化学处理(诸如，暴露于有机分子)处理，以便使电洞在与相邻的半导体层(诸如，吸光层(即下面探讨的’4’)接触时达到低表面重组速率。
材料′3′还可存在于此界面层中，且包含可置于或位于此界面层的第一部分之上的材料。材料′3′包含吸附的有机物(如有机分子)，其有计划或偶然地或通过这些的组合而引入，其位于金属上，与此金属直接接触，或与金属氧化物直接接触。本文中对这些分子进行详细探讨。
实施例包含材料′2′但不存在材料′3′。这种实施例包括选择材料，其中无需黏着层诸如通过材料’3’提供的。举例而言，若材料′2′结合诸如钛等金属(诸如，若材料′2′结合TiOx)，及若材料′4′结合交联剂(诸如，巯苯甲酸，其中巯苯甲酸上的一官能基结合TiOx)，则可提供材料′4′及材料′2′之间的黏着而不明确包含材料′3′。
实施例中，材料’1’、材料′2′及材料’3’都可存在。实施例包含其中不有计划地引入异质接面而通过金属′1′与材料’4’达到肖特基接触的情况。实施例包含一其中TiN或TiOxNy形成金属′1′，层′2′是金属′1′的纯净终结而无大量形成自然氧化物，一黏着层(诸如，六甲基二硅氮烷)可在材料’3’中提供的装置。
在实施例中，材料’1’、材料’2’及材料’3’都可存在。实施例包含其中与光敏性层′4′的异质接面通过材料’2’中使用大能隙的氧化物而形成的情况。实施例包含其中TiN或TiOxNy形成金属′1′，层′2′包含大能隙半导体(诸如，TiOx(其可经结构性掺杂、杂质掺杂，或二者，或两者都不是))，且一黏着层(如六甲基二硅氮烷)可在材料′3′中提供的装置。
实施例中，材料′1′可为铝金属，材料′2′可包含铝的自然氧化物，且可包含掺杂的导性氧化物(诸如掺杂的Al2O3)，和/或可包含大能隙半导体，诸如，TiOx(其可经结构性掺杂、杂质掺杂，或二者，或两者都不是)，且材料′3′可包含一黏着层(诸如，六甲基二硅氮烷)。
实施例中，材料′1′可包含铝、镓、铟、锡、铅、铋、镁、钙、锌、钼、钛、钒、镧、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锆、铌、钯、银、铪、钽、钨、铱、铂、金。实施例中，优选用于标准CMOS的金属(如铝、钨、钽、钛、铜)。
实施例中，材料′2′可包含所述金属的表面，且可包含铝、镓、铟、锡、铅、铋、镁、钙、锌、钼、钛、钒、镧、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锆、铌、钯、银、铪、钽、钨、铱、铂、金的氧化物、氮化物或氧氮化物。实施例中，优选其包含用于标准CMOS的金属(如铝、钨、钽、钛、铜)的氧化物、氮化物或氧氮化物。
实施例中，材料′2′可包含多个次层。实施例中，其可包含一由诸如铝、镓、铟、锡、铅、铋、镁、钙、锌、钼、钛、钒、镧、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锆、铌、钯、银、铪、钽、钨、铱、铂、金的金属组成的次层。实施例中，优选此次层可包含用于标准CMOS的金属(如铝、钨、钽、钛、铜)。实施例中，材料′2′可包含一由铝、镓、铟、锡、铅、铋、镁、钙、锌、钼、钛、钒、镧、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锆、铌、钯、银、铪、钽、钨、铱、铂、金的氧化物、氮化物或氧氮化物所组成的另外次层。实施例中，优选此另外次层包含用于标准CMOS的金属(如铝、钨、钽、钛、铜)的氧化物、氮化物或氧氮化物。
称为材料’4’之层是指一吸光层，其包含纳米晶体或石英点。量子点(QD)(图1中以′1220′描述)可为一纳米结构，例如，一半导体纳米结构，其限制所有三个空间方向的导电带电子、价电带电洞或激子(导电带电子及价电带电洞的结合对)。此限制可能是由于静电势(例如，通过外部电极、掺杂、应变、杂质而产生)，不同半导体材料(例如，核壳纳米晶体体系，其结合于图1的′1221′内)或一半导体与另一材料(例如，通过有机配位子；或通过介电物质(诸如，氧化物(诸如，PbO)、硫化物(诸如，PbSO3)、硫酸盐(诸如，PbSO4)或SiO2)装点的半导体，其结合于图1中的′1221’内)之间界面的存在，结合于图1的’1221’内的半导体表面的存在，或这些中一个或多个的组合。一量子点在其吸收光谱中展现理想化零尺寸系统的个别量化能谱的作用。对应于此个别能谱的波函数在量子点内被实质上空间局部化，但在此材料的晶格的许多期间扩展。一示例实施例中，QD可具有一半导体或化合物半导体材料核(诸如，PbS)。配位子可附着到一些或全部的外表面，或在某些实施例中可被除去。某些实施例中，相邻QD的核可熔合在一起以形成具纳米规格特征的纳米材料的连续膜。其它实施例中，核可通过连接剂分子彼此连接。某些实施例中，捕捉态可在纳米材料的外表面上形成。某些实施例中，核可为PbS且捕捉态可通过核外表面上形成的诸如PbSO3的氧化物形成。
一QD层可具有熔融QD核的连续网络，其具有与核者(例如氧化核材料(如PbSO3))组成不同，或不同种类的半导体的外表面。此膜的各QD核致密接触，但持续展现各量子点的许多性质。例如，一单独(未经熔融)的量子点具有一自与其尺寸(例如，1-10nm)有关的量子效应产生的充分特征化的激子吸收波长峰值。此膜内的熔融QD的激子吸收波长峰值未显著地自熔融前存在的中央吸收波长位移。例如，熔融时中央吸收波长可改变约10％或更少。因此，膜内的QD保持其量子效应，即使其可能为一巨观结构的组成部分。某些实施例中，QD核通过如下进一步描述的连接剂分子连接。这使电流能比通过未经连接、未熔融的QD更轻易地流动。但是，使用连接剂分子形成QD连续膜来替代使核熔融会降低某些光导体及影像感应器实施例的暗电流。
某些实施例中，QD层例外地具辐射敏感性。此敏感性对于低辐射成像应用特别有用。同时，此装置的增益可被动态调整以使QDPC饱和，即，其它光子持续提供可通过读出电子电路识别的其它有用信息。增益的调整可通过改变于一特定装置(例如，一像素)的电压偏差及因而的形成电场而方便地实现。QD装置的一些实施例包含一QD层及一经专门设计或预先制造的电子读出集成电路。然后，QD层直接形成于此经专门设计或预先制造之电子读出集成电路上。QD层可另外被形成图案以使其形成个别的岛状物。某些实施例中，QD层迭置于电路上，其持绩重迭且接触此电路的至少一些特征。某些实施例中，若QD层迭置此电路的三维特征，QD层可顺应这些特征。换言之，在QD层与下面的电子读出集成电路之间存在一实质上紧邻的界面。此电路的一个或多个电极接触此QD层，且能继电保护有关于QD层的信息，例如，与QD层上的辐射量有关的电子信号，至一读出电路。QD层可以连续方式提供以覆盖整个底下电路(如一读出电路)，或形成图案。若QD层以连续方式提供，填充因子可达约100％，形成图案时，此填充因子被降低，但对于某些使用硅光二极管的示例CMOS感应器仍可远大于通常的35％。许多实施例中，QD光学装置使用可用于一般用以制造传统CMOS装置的设备的技术轻易制造。例如，一QD层可使用旋转涂覆(其为一种标准CMOS方法)以溶液涂覆于一预先制造的电子读出电路上，并任选以其它CMOS可兼容的技术进一步处理，以提供用于此装置的最终QD层。因为QD层无需以奇特或困难的技术制造，而可替代地使用标准CMOS方法制造，QD光学装置可以高体积制造，且相对于现今的CMOS处理步骤而言在资本成本(非材料上)无显著增加。
QD材料在约可见光的端缘(如约650nm)具一吸收截止。QD材料可在较长波长具有一吸收截止，以确保在整个可见光内的高吸收率，如当吸收截止在700-900nm范围内时。
QD膜可使用传统的旋转方法、喷墨印刷方法、Langmuir-Blodgett膜沉积、电动喷洒，或纳米压印沉积。QD膜可使用使QD溶液以30RPM分配于一晶圆上并随后以三步骤旋转方法来沉积。
可指定QD溶液吸收波峰的光谱位置位于740nm+/-10nm。接近740nm的QD吸收波峰及稍向此波峰的蓝色的波谷的吸收率比值可被特定为1.2。
可指定量子点层的厚度为300nm+/-50nm。可选择量子点层的厚度以确保在400-640nm的光谱范围内入射于此膜上的所有光线的大于90％被吸收。可指定量子点膜的粗糙度(均方根值)为少于5nm。
在适当偏差(如3V偏差)下的1.1x1.1um像素的暗电流可为少于0.5fA。1.1x1.1um像素中的增益可大于10。
碱金属杂质可以低于5E17cm-3浓度存在于量子点膜中。200mm晶圆内尺寸大于0.16微米的缺陷可少于20。流动载体的移动性可超过1E-5cm2/Vs。此膜内的纳米晶体的装载分率可超过30体积％。
结合于材料’4’内的可为如PbO、PbSO4、PbSO3、聚硫酸盐的化学物；且其还可包括如O2、N2、Ar、H2、CO2、H2O及H2S的物理吸附物。
结合于材料’4’内的可为与至少一纳米颗粒，或纳米晶体或量子点的表面结合的分子。这些可包括以硫醇封端的配位体，诸如，苯硫醇、乙烷硫醇；以羧酸酯封端的分子，诸如，油酸及甲酸；以胺封端的配位体，诸如，吡啶、丁胺、辛胺。其还可包括二齿交联剂，诸如，苯二硫醇、乙烷二硫醇及丁烷二硫醇。其还可包括包含(1)主干；(2)与纳米颗粒表面结合的特定侧基团和/或端基团，包含硫醇、胺、羧酸酯；和(3)其它官能基，如赋予在极性、非极性及部分极性的溶剂内可溶性的多齿分子。
材料’5’可包含在’4’的顶部上的层，其可提供底下材料的钝化，包含使此材料堆栈物的层’1’-‘4’之间及此材料堆栈物的外部的物质的移动程度最小化。此层还可促进与迭置层(如封装层)的良好物理性黏着。
材料′6′是指可被包含于材料堆栈物的顶部上且可用以使此材料堆栈物的层’1’-‘4’之间及此材料堆栈物的外部的物质的移动程度最小化的一层或多层。在一平面电池结构中，量子点膜层可使用低温(少于100oC)的PECVD SiO2、SiN或SiOCN方法提供适于与CFA进一步整合的透光膜而封装以抗氧及水份的扩散。可指定此膜具有200nm+/-10nm的厚度。可指定其具有少于5nm rms的表面粗糙度。透光率可超过99％。提供与底下层的黏着。一实施例可在200mm晶圆上具有少于20个大于0.1um颗粒缺陷。一实施例可在200mm晶圆上具有少于20个大于0.1um针孔。
电触点及光敏性半导体之间的界面性质是装置稳定性及性能的重要决定因素。例如，是否此触点是奥姆对肖特基，及是否此触点和半导体被一使{半导体及触点}的至少其一钝化的薄界面层分离对于稳定性及性能是重要的。
光导层的组成-例如，构成光导体的半导体材料上表面捕捉态的存在-是装置性能及稳定性的重要决定因素。特别地，导光材料通常对纳米颗粒表面上经物理吸收或化学吸收的物种(可能最初以气体存在(诸如，O2、H2O、CO2))的存在敏感因而在加工处理期间需小心控制这些，且封装和/或钝化层可用于此光导层之上和/或之下，以随时间的过去保持一致的导光性能。下面进一步描述一实施例的金属及半导体之间的界面与一实施例的封装。
层′4′可由硅(包含单晶硅、多晶硅、纳米晶体硅，或非晶硅(包含氢化的非晶硅))制成。
层′4′可包含非实质上量子限制，相反地实质上保持一本体半导体的能隙的材料。实施例包含诸如硅、镓、砷、碳、PbS、PbSe、PbTe、Bi2S3、In2S3、铜-铟-镓-硒化物(或硫化物)、SnS、SnSe、SnTe的材料的结晶或多晶或纳米晶体或非晶的实施例，其中，任何结晶或部分结晶次单元的特性尺寸通常不小于使用的半导体材料的Bohr激子半径(电子-电洞对的特性空间程度)。
一实施例的界面形成可包含材料’1’的清理和终结。
一实施例的界面可包含材料′1′上形成的氧化物，包含作为材料′2′的一部分的自然氧化物。此氧化物的厚度是装置性能的重要决定因素。过度的氧化物厚度(例如，超过10-20nm的厚度)会提供与此光导体膜呈串联的过度接触电阻，需应用不希望的提高的偏差c/o偏电流。实施例中，此自然氧化物的厚度被保持在少于5nm的范围内。
一实施例的界面可包含作为材料′2′的一部分的另一薄层，诸如，TiO2，其一般被包含以改良与欲置于上的半导体的界面的功函数。此层在实施例中可提供有利于一种电荷载体的选择性：例如，TiO2可被建构以便在操作偏压下，其有效地将电子注射入导光半导层的导电带内，但在此相同偏压下，其以低许多的功效从此导光半导层的价能带取得电洞。TiO2可被建构以便在操作偏压下，其有效地从导光半导层的导电带撷取电子，但在此相同偏压下，其以低许多的功效将电洞注射入此导光半导层的价能带内。
一实施例的界面可为作为材料′2′的一部分的另一薄层，诸如，WH-PPV，一般被包含以使一种电荷载体(诸如，电洞)流动，同时阻绝另一种(诸如，电子)的流动。
一实施例的界面可包含作为材料′3′的一部分的薄层，可能为自行组织的分子单层，其被设计来使分子的一侧与底下层结合，且在此分子的另一终端，结合欲被置于其上的半导体，且确保受控电子通讯，亦确保机械稳定性，例如，构成多层装置的材料间的良好黏着。
一实施例的层状结构提供经由一界面的有效电荷载体转移。实施例中，此层状结构可与导光半导体层形成实质上奥姆接触，在接近此界面处提供极少或无半导体耗损，且提供至少一种电荷载体(例如，电子、电洞)的有效率注入及撷取。实施例中，此层状结构可与此导光半导体层形成肖特基接触，提供将被注入和/或取得的电荷载体必须克服的能量垒。实施例中，此层状结构可形成选择性接触，提供比提供另一种(例如，电洞)的撷取有效得多的一种电荷载体(例如，电子)的注入；和/或提供比提供另一种(例如，电洞)的注入有效得多的一种电荷载体的取得。
一实施例的层状结构提供此接触表面的功函数，其中，有效功函数由电极材料、界面层材料及其厚度决定。
一实施例的层状结构提供用以抑制不希望的载体转移的阻断能力，例如，在p-半导体光检测器装置的情况下，作为在金属电极的表面上提供电子捕捉态的层。
一实施例的层状结构提供光敏半导体材料与金属电极的强烈结合。
一实施例的层状结构提供金属电极-半导体材料界面的高温稳定性。
具一工程界面层的一实施例的电子装置的结构和组成物包括但不局限于包含用于半导体制造的传统材料的金属电极，所述传统材料为在选定化学计量混合物中轻易被氧化或氮化或二者的，诸如，Ti、W、Ta、Hf、Al、Cu、Cr、Ag；或耐氧化或氮化的，诸如，Au、Pt、Rh、Ir、Ru、石墨、非晶碳、石墨烯，或碳纳米管。此等金属电极也可由合金、导性玻璃及各种导性介金属合金形成。所得电极的功函数可通过曝露于在特定温度下的氧、氮或其组合持续一特定时间来调整。
一实施例的电子装置的结构和组成物包含在金属触点表面上的界面层。一实施例的界面层包含此电极的元素的氧化物或介金属合金，其具有足以维持触点的奥姆特性的最大厚度，但具有足以产生电子捕捉态的最小厚度。此结构可使用PVD(物理蒸气沉积)、ALD(原子层沉积)、CVD(化学蒸气沉积)、离子簇、离子束沉积、离子植入、退火或其它膜沉积方法产生或生成。另外，这种膜可由水性和非水性液体组成物形成，其可包含电化学技术，形成所述金属的氢氧化物、氧化物、氟化物、硫化物、硫酸盐、亚硫酸盐、磺酸盐、磷酸盐、膦酸盐、亚磷酸盐、硝酸盐、亚硝酸盐、氮化物、碳酸盐、碳化物及其它类型的盐或络合物。界面层的平均厚度可根据最终界面层的导性及金属电极本身的功函数而在0.1nm-0.2nm至10nm-50nm内变化。
一实施例的界面层包含沉积于电极表面上的另一氧化物，该氧化物掺杂有TiO2、HfO2、Al2O3、SiO2、Ta2O5、ZnxAlyO、ZnxGayO、ZnInxSnyO和相似的p-导性材料。再者，这些材料可使用先前所述的方法沉积。
界面层的其它性质由与半导体光敏层组分形成相对较强的化学键结(优选共价的)的必要性而决定。在光敏性层无一组份提供与界面层的化学键结的情况下，此界面层的表面使用有机二官能性分子改性，其中，一种官能团提供与界面层表面的选择性键结，而第二种官能基提供与配位体的键结或直接与半导体纳米晶体键结。这些键结分子可在非导性烷或芳基主链上形成，或可在包含苯胺、乙炔或其它类型的sp2混杂碳的导性主链上形成。提供与电极的氧化表面或界面层的表面键结的官能基包括但不局限于硅烷、硅氧烷、硅氮烷、伯胺，仲胺或叔胺、酰亚胺、磷酸盐、肟、羧酸酯。形成界面层的有机分子的平均长度通常可从2至16个碳原子变化。
若电极的金属是钝性的(例如，An、Pt、Cu、Ag等)，界面层可由包含提供与一边的金属表面及与另一边的纳米晶体直接键结的二相似官能团的分子形成。一例子是形成Au-S-R-S-NC键。再者，有机界面层的厚度及导性由所需的电子装置性质限定。
若界面层的导性超过电子装置参数所需的可容许极限(对于平面电极元件)，连续膜可使用传统形成图案的技术形成图案。
在具有至少二电极的每一电子装置中，电极之一可由具有一功函数的金属制成，而另一电极可具有不同功函数和/或不同类型的导性(电子或电洞)。
对于垂直结构的电子装置，如上的相同方式被用于底部电极，而顶面上的界面层由沉积有机分子或半导体材料的薄透明层而形成。
上述分子为具有从约1至约10,000的聚合度的聚合物。
在形成本文中所述的装置中，一般，可形成此装置来包含材料′1′及材料′2′的一致、可靠组合，然后可控制地形成材料′3′及吸光层′4′。例如，一实施例可通过材料′1′提供具有少于100微奥姆*公分的电阻及位于-2eV与-4.5之间及位于-2eV与-4.2eV之间的功函数的高导性触点。一实施例通过材料′2′提供具有能使电子注入随后的光敏半导体层内但阻绝从该层撷取电洞的大能带层。一实施例可实现掺杂的实质上透明的氧化物，诸如，n-型TiOx的受控厚度，作为材料′2′的第一部分的一部分。例如，一实施例可实现2-20范围的TiOx厚度，其被控制于1-5nm内；且其中，TiOx具有x1018cm-3的特别选择的载体密度，且在载体密度具有严格的控制带谱，诸如，+/-10％。
本文中所述装置的层堆栈物或结构的制造包括：(1)形成金属，诸如，通过在氮氛围中喷溅钛，导致TiN的形成；(2)其后加工处理，导致界面层(诸如，自然氧化物，诸如，TiOxNy或TiOx)的形成(此可为：其后的加工处理产生一范围的可能氧化物厚度及掺杂物与载体浓度)；(3)经由蚀刻，诸如，硫酸-过氧化氢-去离子水蚀刻，或过氧化铵蚀刻，或物理性蚀刻(如氩气喷溅)，或反应性喷溅蚀刻(如氩气及氢气)移除自然氧化物层；一实施例中，此蚀刻完全移除此氧化物；可进行有节制的过度蚀刻以确保完全移除；(4)一实施例沉积氧化物(如，TiOx、TiOxNy)的受控厚度、受控掺杂及受控表面终结层或其它界面层。诸如物理蒸气沉积的方法(包含在O2、N2，或其混合物存在下的TiOx源、TN源或Ti源的DC喷溅、RF喷溅)可用于沉积这些层。方法还包含CVD及ALD，其中，首先将前驱体沉积于晶圆的表面上，和在受控温度下进行反应。在其中将形成TiOx的情况下，可采用前驱体。
本文中所述装置的层堆栈物或结构的制造可包括：(1)形成金属，诸如，通过在氮氛围中喷溅钛，导致TiN的形成；(2)在此金属顶部上原位过渡到界面层的沉积。这些可包含TiOx或TiOxNy。该层可具有氧化物(如，TiOx、TiOxNy)的受控厚度，受控掺杂及受控表面终结层或其它界面层。诸如物理蒸气沉积的方法(包含在O2、N2，或其混合物存在下的TiOx源、TN源或Ti源的DC喷溅、RF喷溅)可用于沉积这些层。方法还包含CVD及ALD，其中，首先将前驱体沉积于晶圆的表面上，和在受控温度下进行反应。在其中将形成TiOx的情况下，可采用前驱体。
如上所述，封装和/或钝化层可被用于光导层之上和/或之下，以随时间的过去保持一致导光特征。本文中所述的实施例确保导光层内一致的气体环境(或无大量气体存在)。例如，真空、氩、氮、氧、氢、二氧化碳可被包含或被排除，以各种比例及达各种程度。实施例可排除氧、H2O、CO2，且可无气体分子，或仅包含非反应性的材料，诸如，氩和/或氮。为随时间的过去保持一致的导光特征，可包含封装层，其目的是避免导光膜及此膜外部区域间的气体交换。一实施例中用于此目的的材料包括但不局限于：聚二甲苯；As2S3或As2Se3；Si3N4、SiO2及其混合物，即，SiOxNy；诸如TiO2、HfO2、Al2O3、SiO2、Ta2O5、ZnxAlyO、ZnxGayO、ZnInxSny的氧化物。
封装材料可在钝化层之后，其可能呈实质上单分子单层形式。此第一层可在沉积此封装剂过程中用于保护被封装的结构：例如，可使用不会不利地改变导光层的光电行为的步骤先沉积可诸如聚二甲苯的材料层，并在随后的封装公艺过程中提供导光层保护。其可，例如，保护此膜免于用于沉积含氧封装剂(诸如，SiOx、SiOxNy等)的某些工艺过程中存在的氧和其自由基产生的反应。
实施例中，总封装剂堆栈物(可包含多数层)的通常厚度范围可为单一单层(通常～nm或稍微次-nm，例如，5A)至通常1微米。实施例中，总封装剂堆栈物的总厚度可希望为不到1-2微米，以最少地干扰此阵列的光学性质干扰。
实施例中，包含于层′1′，′2′，′3′，′4′，′5′中至少其一内的可为用以清除可与此装置内的材料(包含若反应会改变装置的光电性质的材料)反应的材料。会进入此装置的反应性分子的例子包含O2及H2O及O3。可通过这种反应改变光电性质的装置内材料的例子包含材料′4′NC、材料′3′黏着、材料′2′界面及′1′金属。清除作用的部分的例子包含氮化硼、硼氢化物(包含四氢硼酸盐)、儿茶素硼烷、三仲丁基硼氢化锂、硼氢化锂、三乙基硼氢化锂、硼氢化钠及硼氢化铀。清除作用的部分的例子包含可水解的硅氧烷。
一实施例的装置可包含与半导体光敏层的组分的强烈化学键(例如，共价)。在光敏层无一组分提供与界面层的化学键结的情况下，界面层的表面使用有机二官能分子改性，其中，一种官能团提供与界面层表面的选择性键结，而第二种官能团提供与配位体或直接与半导体纳米晶体的键结。这些键结分子可在非导性的烷或芳基主链上形成，或可在包含苯胺、乙炔，或其它类型的sp2混杂碳的导性主链上形成。提供与氧化物的键结的官能团可包含硅烷、硅氧烷、硅氮烷、伯胺、仲胺或叔胺、酰亚胺、磷酸盐、肟、羧酸酯。
一实施例的装置的制造方法可包括在干净的干燥空气氛围中在20℃使用SC1预清理晶圆30秒。一实施例的装置的制造方法可包括在干净的干燥空气氛围中在20℃下在去离子水中冲洗30秒。一实施例的装置的制造方法可包括使晶圆干燥，其包括在指定环境(诸如，干净的干燥空气、真空、氮、氩，或还原氛围(诸如，氢)，或含有惰性气体(诸如，N2或Ar)和氧化气体(诸如，O2)的受控氧化氛围)，在指定温度(诸如，20、70、150或200℃)烘烤指定时间(诸如，30秒-24小时)。
一实施例的装置的制造方法可包括指定其它处理方法之间的最大及最小与平均的等待时间。
一实施例的装置的制造方法可包括处理基材及量子点膜，其包括在指定氛围(诸如，N2)、指定温度(诸如，25℃)下曝露于在乙腈中的乙烷二硫醇指定时间(诸如，20秒)。一实施例的装置的制造方法可包括处理基材及量子点膜，其包括在指定氛围(诸如，N2)、指定温度(诸如，25℃)下曝置于在乙腈中的己烷二硫醇指定时间(诸如，20秒)。
一实施例的装置的制造方法可包括在某温度(诸如，100℃)或低于此温度沉积介电封盖层(诸如，SiO2)，且达一特定介电封盖层厚度如100度C。
一实施例的装置的制造方法包括微影界定待蚀刻的区域，之后蚀刻材料，包含SiO2。
一实施例的装置的制造方法可包括在某温度(诸如，100℃)或低于此温度沉积介电封盖层(诸如，SiN)，且达一特定介电封盖层厚度如100度C。
一实施例的装置的制造方法可包括微影界定待蚀刻的区域，之后蚀刻材料，包含SiN。
一实施例的装置的制造方法可包括硅CMOS制造，包括在沉积量子点层之前在200nm Si晶圆上加工处理及以0.11微米节点的标准Al/SiO2材料技术。CMOS制造流可以具图案的金属触点(诸如，TiN)而完成。
一实施例的装置的制造方法可包括使在通孔层上结合一Cu/TEOS/SiN HM单一波纹层，之后选择性无电沉积Ni/Au堆栈物。
一实施例的装置的制造方法可包括基材的预处理。可能需要金属电极和/或介电表面改性以改善层间之电接触或黏着。替代湿法预清理，晶圆可通过等离子体或液相或蒸气相方法处理以形成具受控障壁高度及表面状态密度的黏着单层。
一实施例的装置的制造方法可包括沉积光敏膜，其中，对周围氛围紧密控制以使氧及水份对膜性能的影响达最小和/或受控制。其可包括使用装备有O2及H2O处理监视器的生产工具。可提供标准操作程序而确保最小或受控而一致的材料(诸如，量子点及其层)曝露于空气，包括在化学品贮存期间，及将流体从贮存容器转移至处理工具槽。制造方法可与氯仿及其它溶剂兼容。
一实施例的装置的制造方法可包括使量子点层稳定化。这些可包括使用二硫醇在乙腈中的稀释溶液的化学后处理。
由于QF对环境中的氧及水分的高敏感性，QF沉积与后处理之间的等待时间需达最小且在N2层下进行。相同条件应用于后处理B与介电封盖沉积之间的等待时间。
一实施例的装置的制造方法可包括QF膜的密封以在此装置的寿命期间免于氧及水分的扩散。可采用SiO2/SiN堆栈物的低温沉积。这种方法需在低于100℃的基材温度且在大气压或在尽可能高的压力下实施。其它方法的选择可包括低温旋涂式玻璃方法或超薄金属膜，其不会影响封盖层的透光性。
一实施例的装置的方法控制可包括在量子点沉积之前的进料晶圆检测。一实施例的检测步骤包括：a)检测缺陷密度，诸如，使用明视场检测；b)金属电极功函数检测，诸如，使用紫外线光电子能谱法(UPS)(UPS方法处理控制程序可在覆盖层处理监视晶圆上进行)；c)在TLM(测试像素阵列)结构上进行漏电流及介电电压破坏。装置的光电响应及膜性质可用作工艺控制的一部分。
实施例中，材料′4′可包含具有一能隙且提供来在感兴趣的波长范围内的光吸收的材料。实施例中，光敏层可包含诸如Si、PbS、PbSe、CdS、CdSe、GaAs、InP、InAs、PbTe、CdTe、Ge、In2S3、Bi2S3及其混合物的材料。实施例中，光敏层可包含强烈吸光材料，诸如，卟啉。实施例中，光敏层可包含钝化有机配位体，诸如，乙烷硫醇、乙烷二硫醇、苯硫醇、苯二硫醇、二苯二硫醇、吡啶、丁胺。
实施例中，一实施例的光检测器包含使用光敏性能量障壁控制至少一种电荷载体的流动的光敏装置。
实施例中，光检测器可展现增益，其中，每一秒流动的额外电荷单元数对每秒冲击在装置上的光子数之比会超过1，例如，位于约2-60范围的值。
实施例中，光检测器可展现高的规一化响应，即，高的光电流对暗电流之比，即使在低光量时。例如，当150nW/cm2的可见光冲击在光检测器时，光电流对发光电流之比可超过20。一般，此值需尽可能地高(同时符合其它规定，诸如，滞后(on lag)及暗电流均一性及光响应均一性)。高达100及更高的值对于150nW/cm2的规一化响应是可能的。
实施例中，光检测器可展现快速的时间响应，且光电流(包含下列强烈照明，诸如，在像素上的1uW/cm2及更大)在不到1秒内停留在接近暗电流的值(诸如，距暗电流的一最低有效位)。理想地，光电流在一曝光期(可为1/15s、1/30s、1/200s、1/1000s等)内停留在此值。
实施例中，黑暗中的电流-电压特性在零与第一电压(称为饱和电压)间可展现单调增加的函数关系。此范围可称为触发相。电流-电压可在第一电压与第二的较大电压(称为穿通电压)间展现具有比零至第一电压范围期间更低的平均斜率的单调增加的函数。此第一至第二电压范围可称为饱和范围。在大于第二(或穿通)电压的电压下，电流-电压关系可展现相对第一电压至第二电压范围增加的斜率。此最高电压范围可称为穿通后范围。
实施例中，增益可在偏差下使电荷载体(例如，电子)流动通过此装置的时间(即，在二触点之间(诸如，在图2的左侧材料′1′及右侧材料′1′之间)运行的时间，或图3的材料′1′与材料′9′之间运行的时间)超过电荷载体之平均寿命时，当注射流动电荷载体(例如，电子)的触点也避免撷取其它类型的电荷载体(可称为被阻断的载体(例如，电洞))时，及当提供流动电荷载体(例如，电子)的触点与半导体膜之间的界面提供被阻断载体(例如，电洞)低的表面重组速率时达到。此界面体现于图1的材料′2′及材料′3′，图2的材料′2′及材料′3′，及图2的材料′7′及材料′3′，及图3的材料′2′、材料′3′、材料′5′及材料′8′中。
更特别地，增益可在偏差下使流动电荷载体(例如，电子)通过此装置的时间超过电荷载体的平均寿命时达到。定量地，可以说基区运送因子(α-t)少于但接近1。此可在小量用于流动载体的载体扩散长度超过界面层间的分隔时达到。
再者，增益可在偏差下注射流动电荷载体(例如，电子)的触点也避免撷取其它类型的电荷载体(可称为被阻断载体(例如，电洞))时达到。定量地，可以说发射体注射效率(γ)少于但接近1。此可通过使用接近阻断其它类型的电荷载体的撷取的流动载体注射触点的界面层而达到。此可通过采用其中一带谱(诸如，导电带)在能量上与和其接近的金属触点的功函数实质上接近一致；且在能量上与阻断电荷载体的撷取的半导体的带谱实质上不一致的大能隙材料制造此界面层而达到。
再者，增益可在偏压下提供流动电荷载体(例如，电子)的触点及半导体膜间的界面提供被阻断载体(例如，电洞)低的表面重组速率时达到。定量地，可以说重组因子少于但接近1。此可在流动载体(例如，电子)的小量载体寿命内，仅小分率的被阻断载体(例如，电洞)在提供流动电荷载体(例如，电子)的触点及半导体膜之间的界面附近重组时达到。此可能要求被阻断的载体的表面重组速率少于0.1cm/s，例如，0.01cm/s或更少。
参考图2，实施例可包括用以降低在最左的材料′1′与最右的材料′1′之间通过的暗电流的方法及结构。实施例可包括移除位于最左的材料′1′及最右的材料′1′的触点之间的材料′3′之部分内的导性部分。实施例可包括移除位于最左的材料′1′及最右的材料′1′的触点之间的诸如金属氧化物、金属氢氧化物、有机污染物、聚合物、导性氧化物的导性部分。参考图2，实施例可包括改良材料′7′与材料′4′之间的界面，以控制于此界面的重组速率、被捕捉的电荷、黏着或该界面的数个这种性质。
参考图1，实施例包括控制诸如存在于界面层′2′及′3′中的表面状态。实施例包括以氙或其它物种或使用氩喷溅撞击金属(诸如，材料′1′的Tin)或金属氢氧化物(诸如，材料′2′的TiOx)，以便控制或改良表面上的重组速率。实施例可包括使一种电荷载体在此界面上的表面重组速率降至少于0.1cm/s或至少于0.01cm/2。
实施例包括实现在每一侧尺寸具有0.9um的像素间距的小像素。实施例包括使用窄通孔(诸如，0.15um)。实施例包括使用.14um的金属与金属间隔。
本文中所述的实施例包括一种光敏装置，包含：第一触点及第二触点，各自具有一功函数；位于所述第一触点与所述第二触点之间的光敏材料，此光敏材料包含p-型半导体，且此光敏材料具有一功函数；被建构来在所述第一触点与所述第二触点之间施加一偏电压的电路；光敏材料的功函数的大小比第一触点的功函数大小大至少0.4eV，且还比第二触点的功函数的大小大至少0.4eV；所述光敏材料具有大于当偏电压施加在所述第一触点与所述第二触点之间时从所述第一触点至所述第二触点的电子运行时间的电子寿命；第一触点提供电子的注入并阻断电洞的撷取；所述第一触点与所述光敏材料间的界面提供少于1cm/s的表面重组速率。
本文中所述的实施例包括一种光敏装置，其包含第一触点；n-型半导体；包含p-型半导体的光敏材料；第二触点；所述光敏材料及所述第二触点各自具有比4.5ev浅的功函数；被建构来在所述第一触点与所述第二触点之间施加偏电压的电路；所述光敏材料具有大于当偏电压施加在所述第一触点与所述第二触点之间时从所述第一触点至所述第二触点的电子运行时间的电子寿命；所述第一触点提供电子之注入及阻断电洞的撷取；所述第一触点与所述光敏材料间的界面提供少于1cm/s的表面重组速率。
本文中所述的实施例包括一种光检测器，其包含：第一触点及第二触点，各自具有一功函数；位于所述第一触点与所述第二触点之间的光敏材料，所述光敏材料包含p-型半导体，且所述光敏材料具有一功函数；被建构来在所述第一触点与所述第二触点之间施加偏电压的电路；所述光敏材料的功函数的大小比所述第一触点的功函数之大小大至少0.4eV，且还比所述第二触点的功函数的大小大至少0.4eV；被建构来在所述第一触点与所述第二触点间施加一偏电压的电路；且所述光敏材料被建构来在偏电压施加在所述第一触点与所述第二触点时提供至少0.8A/W的响应度。
一实施例的光检测器的第一触点为注射触点，而第二触点为拉取触点。
一实施例的光检测器的注射触点被建构来以比注射触点从光敏材料取得被捕捉载体更大的效率使一流动电流注入光敏材料内。
一实施例的光检测器的注射触点被建构来以比取得的载体将被捕捉载体注入光敏材料内更大的效率从光敏材料取得一流动载体。
一实施例的光检测器的光敏材料为p-型半导体材料。
一实施例的光检测器的第一触点包含金属，且其中第二触点包含金属。
一实施例的光检测器的偏电压在约-0.1伏特至-2.8伏特范围内，且流动载体为电子。
一实施例的光检测器的光敏材料包含选自PbS、PbSe、PbTe、CdS、CdSe、CdTe、Si、Ge或C的纳米颗粒。
一实施例的光检测器的每一纳米颗粒包含在此纳米颗粒表面上的氧化物。
一实施例的光检测器的光敏层包含选自PbSO4、PbO、PbSeO4、PbTeO4、SiOxNy、In2O3、硫、硫酸盐、亚砜、碳及碳酸盐的材料。
一实施例的光检测器的纳米颗粒是相互连接的。
一实施例的光检测器的注射触点及拉取触点各自包含选自Al、Ag、In、Mg、Ca、Li、Cu、Ni、NiS、TiN，或TaN的材料。
一实施例的光检测器的光敏层具有100至3000nm范围的与光线入射方向垂直的尺寸。
一实施例的光检测器的第一载体类型的多数在黑暗中，且第二载体类型的多数在照明下。
一实施例的光检测器的第一载体类型为电洞，且第二载体类型为电子。
一实施例的光检测器的第一触点及第二触点包含浅功函数的金属。
一实施例的光检测器的第一触点及第二触点各自具有比4.5ev浅的功函数。
一实施例的光检测器的第一触点与第二触点之间的距离在200nm至2um范围内。
一实施例的光检测器的流动载体具有至少1E-5cm2/Vs的移动性。
一实施例的光检测器的p-型半导体材料为被掺杂的p-型材料。
一实施例的光检测器的偏电压在约+0.1伏特至+2.8伏特的范围内，且流动载体为电洞。
一实施例的光检测器的注射触点及拉取触点各自包含选自An、Pt、Pd、Cu、Ni、NiS、TiN及TaN的材料。
一实施例的光检测器的第一载体类型的多数在黑暗中，而一实施例的光检测器的第二载体类型的多数在照明下。
一实施例的光检测器的第一载体类型为电极，且第二载体类型为电洞。
一实施例的光检测器的第一触点及第二触点包含深功函数的金属。
一实施例的光检测器的第一触点及第二触点各自具有比4.5ev深的功函数。
一实施例的光检测器的n-型半导体材料为被掺杂的n-型材料。
一实施例的光检测器的光敏材料具有比第一触点及第二触点的功函数深至少0.3ev的功函数。
一实施例的光检测器的第一触点及第二触点各自包含选自Al、Ag、In、Mg、Ca、Li、Cu、Ni、NiS、TiN、TaN、n-型多晶硅及n-型非晶硅的材料。
本文中所述的实施例包括一种光检测器，其包含：第一触点及第二触点；位于所述第一触点与所述第二触点之间的光敏材料，所述光敏材料包含n-型半导体；所述第一触点及第二触点各自具有比4.5ev深的功函数；被建构来在所述第一触点与第二触点间施加偏电压的电路；且所述光敏材料被建构来在将偏电压施加在第一触点与第二触点之间时提供光导性增益及至少0.4A/W的响应度。
一实施例的光检测器的光敏材料具有比第一触点及第二触点的功函数浅至少0.3ev的功函数。
一实施例的光检测器的第一触点及第二触点各自包含选自Au、Pt、Pd、Cu、Ni、NiS、TiN、TaN、p-型多晶硅及p-型非晶硅的材料。
本文中所述的实施例包含一种光敏晶体管，包含：第一触点及第二触点；位于第一触点与第二触点之间的光敏材料，所述光敏材料包含n-型半导体；所述第一触点及第二触点各自具有肖特基接触或比4.5ev深的功函数；被建构来在所述第一触点与所述第二触点之间施加偏电压的电路；且所述光敏材料具有大于当将偏电压施加在第一触点与第二触点之间时从第一触点至第二触点的电洞运行时间的电洞寿命。
一实施例的光检测器的流动载体为电洞，且被捕捉载体为电子。
本文中所述的实施例包含一种光敏晶体管，其包含：第一触点及第二触点；位于所述第一触点与所述第二触点之间的光敏材料，所述光敏材料包含p-型半导体；所述第一触点及第二触点各自具有肖特基接触或比4.5ev浅的功函数；被建构来在所述第一触点与所述第二触点之间施加偏电压的电路；且当将此偏电压施加在所述第一触点与第二触点之间时，所述光敏材料具有电子寿命；其中，选择所述光敏材料的电子移动性、所述第一触点与所述第二触点之间的距离及偏电压以使当将此偏电压施加在所述第一触点与所述第二触点之间时，从所述第一触点至所述第二触点的电子运行时间少于所述电子寿命。
一实施例的光检测器的流动电荷为电子，且被捕捉载体为电洞。
本文中所述的实施例包含一种光敏晶体管，其包含：第一触点及第二触点；位于所述第一触点与所述第二触点之间的光敏材料，所述光敏材料包含n-型半导体；所述第一触点及所述第二触点各自具有肖特基接触或比4.5ev深的功函数；被建构来在所述第一触点与所述第二触点之间施加偏电压的电路；当将偏电压施加在第一触点与第二触点之间时，所述光敏材料具有电洞寿命；其中，选择所述光敏材料的电洞移动性、所述第一触点与所述第二触点之间的距离及偏电压以便当将偏电压施加在所述第一触点与所述第二触点之间时，从所述第一触点至所述第二触点的电洞运行时间少于所述电洞寿命。
一实施例的光检测器的流动载体为电洞，且被捕捉载体为电子。
一实施例的光检测器包括包含p-掺杂硅的p-型半导体。
一实施例的光检测器包括包含GaAs的p-型半导体。
一实施例的光检测器包括包含量子点/纳米晶体的p-型半导体。
一实施例的光检测器包括包含相互连接的纳米晶体网络的p-型半导体。
一实施例的光检测器包括包含纳米晶体及连接分子的p-型半导体。
一实施例的光检测器包括包含化合物半导体的p-型半导体。
一实施例的光检测器包括包含PbS、含有PBSO3的PbS的p-型半导体。
本文中所述的实施例包括一种光敏装置，其包含：第一触点及第二触点，各自具有功函数；位于所述第一触点与所述第二触点之间的光敏材料；所述光敏材料包含p-型半导体，且所述光敏材料具有功函数；被建构来在所述第一触点与所述第二触点之间施加偏电压的电路；所述光敏材料的功函数的大小比所述第一触点的功函数的大小大至少0.4eV；且还比所述第二触点的功函数的大小大至少0.4eV；所述光敏材料具有大于当将所述偏电压施加在所述第一触点与所述第二触点之间时从所述第一触点至所述第二触点的电子运行时间的电子寿命；所述第一触点提供电子的注入及阻断电洞的撷取；且所述第一触点与所述光敏材料之间的界面提供少于1cm/s的表面重组速率。
一实施例的装置的所述第一触点及所述第二触点的功函数各自比4.5ev浅。
一实施例的装置的偏电压在约-0.1伏特至-2.8伏特范围内。
一实施例的装置的光敏材料包含多个纳米颗粒，其中，每一纳米颗粒具有在各纳米颗粒表面上的氧化物。
一实施例的装置的光敏材料包含选自PbS、PbSe、PbTe、CdS、CdSe、CdTe、Si、Ge或C的纳米颗粒。
一实施例的装置的光敏层包含选自PbSO4、PbO、PbSeO4、PbTeO4、SiOxNy、In2O3、硫、硫酸盐、亚砜、碳及碳酸盐的材料。
一实施例的装置的光敏材料包含多个相互连接的纳米颗粒。
一实施例的装置的所述第一触点及所述第二触点各自包含选自Al、Ag、In、Mg、Ca、Li、Cu、Ni、NiS、TiN或TaN、TiO2、TixNy、ITO、Ru、TiSi、WSi2、以B掺杂的TiOx、以C掺杂的TiOx、以Co掺杂的TiOx、以Fe掺杂的TiOx、以Nd掺杂的TiOx、以N掺杂的TiOx的材料。
一实施例的装置的所述第一触点及所述第二触点以200nm至2um范围的距离间隔，且所述光敏材料内的电子移动性为至少1E-5cm2/Vs。
一实施例的装置的所述光敏材料被建构来在将所述偏电压施加在所述第一触点与所述第二触点之间时提供至少.8A/W的响应度。
本文中所述的实施例包括一种光敏装置，其包含：第一触点；n-型半导体；包含p-型半导体的光敏材料；第二触点；所述光敏材料及所述第二触点各自具有比4.5ev浅的功函数；被建构来在所述第一触点与所述第二触点之间施加偏电压的电路；所述光敏材料具有大于当将所述偏电压施加在所述第一触点与所述第二触点之间时从所述第一触点至所述第二触点的电子运行时间的电子寿命；所述第一触点提供电子的注入及阻断电洞的撷取；且所述第一触点与光敏材料之间的界面提供少于1cm/s的表面重组速率。
一实施例的装置的n-型半导体包含选自TiO2、被化学还原的TiO2、被氧化的TiO2、CdTe、CdS、CdSe、Si或选自PbS、PbSe、PbTe、CdS、CdSe、CdTe、Si、Ge或C的纳米颗粒的材料。
一实施例的装置的偏电压在约-0.1伏特至-2.8伏特的范围内。
一实施例的装置的光敏材料包含多个纳米颗粒，其中，每一纳米颗粒具有在各纳米颗粒表面上的氧化物。
一实施例的装置的光敏材料包含选自PbS、PbSe、PbTe、CdS、CdSe、CdTe、Si、Ge或C的纳米颗粒。
一实施例的装置的光敏材料包含多个相互连接的纳米颗粒。
一实施例的装置的第一触点及第二触点以200nm至2um范围内的距离分隔。
一实施例的装置的第一触点及第二触点各自包含选自Al、Ag、In、Mg、Ca、Li、Cu、Ni、NiS、TiN、TaN、TiO2、TixNy、ITO、Ru、TiSi、WSi2、以B掺杂的TiOx、以C掺杂的TiOx、以Co掺杂的TiOx、以Fe掺杂的TiOx、以Nd掺杂的TiOx、以N掺杂的TiOx的材料。
本文中所述的实施例包括一种光检测器，其包含：第一触点及第二触点，各自具有功函数；位于所述第一触点及所述第二触点之间的光敏材料，所述光敏材料包含p-型半导体，且所述光敏材料具有功函数；被建构来在所述第一触点与所述第二触点之间施加偏电压的电路；所述光敏材料的功函数的大小比所述第一触点的功函数的大小大至少0.4eV，且还比所述第二触点的功函数的大小大至少0.4eV；被建构来在所述第一触点与所述第二触点之间施加偏电压的电路；且所述光敏材料被建构来在将偏电压施加在所述第一触点与所述第二触点之间时提供至少0.8A/W的响应度。
一实施例的光检测器的第一触点及第二触点的功函数各自比4.5ev浅。
一实施例的光检测器的偏电压在约-0.1伏特至-2.8伏特的范围内。
一实施例的光检测器的光敏材料包含选自PbS、PbSe、PbTe、CdS、CdSe、CdTe、Si、Ge或C的纳米颗粒。
一实施例的光检测器的光敏层包含选自PbSO4、PbO、PbSeO4、PbTeO4、SiOxNy、In2O3、硫、硫酸盐、亚砜、碳及碳酸盐的材料。
一实施例的光检测器的第一触点及第二触点各自包含选自Al、Ag、In、Mg、Ca、Li、Cu、Ni、NiS、TiN、TaN、TiO2、TixNy、ITO、Ru、TiSi、WSi2、以B掺杂的TiOx、以C掺杂的TiOx、以Co掺杂的TiOx、以Fe掺杂的TiOx、以Nd掺杂的TiOx、以N掺杂的TiOx的材料。
一实施例的光检测器的第一触点及第二触点以200nm至2um范围内的距离分隔，且所述光敏材料内的电子移动性为至少1E-5cm2/Vs。
本文中所述的实施例包括一种光敏装置，其包含：第一触点及第二触点，各自具有功函数；位于所述第一触点与所述第二触点之间的光敏材料；所述光敏材料包含N-型半导体，且所述光敏材料具有功函数；被建构来在所述第一触点与所述第二触点之间施加偏电压的电路；所述光敏材料的功函数的大小比所述第一触点的功函数的大小小至少0.4eV；且还比所述第二触点的功函数的大小小至少0.4eV；所述光敏材料具有大于当将所述偏电压施加在所述第一触点与所述第二触点之间时从所述第一触点至所述第二触点的电子运行时间的电子寿命；所述第一触点提供电子的注入并阻断电洞的撷取；且所述第一触点与所述光敏材料之间的界面提供少于1cm/s的表面重组速率。
一实施例的装置的第一触点及所述第二触点的功函数各自比4.5ev深。
一实施例的装置的偏电压在约-0.1伏特至-2.8伏特范围内。
一实施例的装置的光敏材料包含多个纳米颗粒，其中，每一纳米颗粒具有在各纳米颗粒表面上的氧化物。
一实施例的装置的光敏材料包含选自PbS、PbSe、PbTe、CdS、CdSe、CdTe、Si、Ge或C的纳米颗粒。
一实施例的装置的光敏层包含选自PbSO4、PbO、PbSeO4、PbTeO4、SiOxNy、In2O3、硫、硫酸盐、亚砜、碳及碳酸盐的材料。
一实施例的装置的光敏材料包含多个相互连接的纳米颗粒。
一实施例的装置的第一触点及第二触点各自包含选自Au、Pd、Pt、Ag、In、Cu、Ni、NiS、NiSi、PtSi、TiN或TaN的材料。
一实施例的装置的第一触点及第二触点以200nm至2um范围内的距离间隔，且所述光敏材料内的电洞移动性为至少1E-5cm2/Vs。
一实施例的装置的所述光敏材料在将所述偏电压施加在所述第一触点与所述第二触点之间时提供至少.8A/W的响应度。
本文中所述的实施例包括一种光敏装置，其包含：第一触点；p-型半导体；包含n-型半导体的光敏材料；第二触点；所述光敏材料的功函数的大小比所述第二触点的功函数的大小小至少0.4eV；所述光敏材料具有大于当将偏电压施加在所述第一触点与所述第二触点之间时从所述第一触点至所述第二触点的电洞运行时间的电洞寿命；所述p-型半导体提供电洞的注入并阻断电子的撷取；且所述p-型半导体与所述光敏材料之间的界面提供少于1cm/s的表面重组速率。
一实施例的装置的p-型半导体包含选自TiO2、被化学还原的TiO2、被氧化的TiO2、CdTe、CdS、CdSe、Si或选自PbS、PbSe、PbTe、CdS、CdSe、CdTe、Si、Ge或C的纳米颗粒的材料。
一实施例的装置的偏电压在约-0.1伏特至-2.8伏特的范围内。
一实施例的装置的光敏材料包含多个纳米颗粒，其中，每一纳米颗粒具有在各纳米颗粒表面上的氧化物。
一实施例的装置的光敏材料包含选自PbS、PbSe、PbTe、CdS、CdSe、CdTe、Si、Ge或C的纳米颗粒。
一实施例的装置的光敏材料包含多个相互连接的纳米颗粒。
一实施例的装置的第一触点及第二触点以200nm至2um范围内的距离分隔。
一实施例的装置的第一触点及第二触点各自包含选自Au、Pd、Pt、Ag、In、Cu、Ni、NiS、NiSi、PtSi、TiN或TaN的材料。
本文中所述的实施例包括一种光检测器，其包含：第一触点及第二触点，各自具有功函数；位于所述第一触点与所述第二触点之间的光敏材料，所述光敏材料包含n-型半导体，且所述光敏材料具有功函数；被建构来在所述第一触点与所述第二触点之间施加偏电压的电路；所述光敏材料的功函数的大小比所述第一触点的功函数的大小小至少0.4eV，且还比所述第二触点的功函数的大小小至少0.4eV；被建构来在所述第一触点与所述第二触点之间施加偏电压的电路；且所述光敏材料被建构来在所述偏电压被施加在所述第一触点与所述第二触点之间时提供至少0.8A/W的响应度。
一实施例的装置的第一触点和第二触点的功函数各自比4.5eV深。
一实施例的装置的偏电压在约-0.1伏特至-2.8伏特的范围内。
一实施例的装置的光敏材料包含选自PbS、PbSe、PbTe、CdS、CdSe、CdTe、Si、Ge或C的纳米颗粒。
一实施例的装置的光敏层包含选自PbSO4、PbO、PbSeO4、PbTeO4、SiOxNy、In2O3、硫、硫酸盐、亚砜、碳及碳酸盐的材料。
一实施例的装置的第一触点及第二触点各自包含选自Au、Pd、Pt、Ag、In、Cu、Ni、NiS、NiSi、PtSi、TiN或TaN的材料。
一实施例的装置的第一触点及第二触点以200nm至2um范围内的距离间隔，且所述光敏材料内的电洞移动性为至少1E-5cm2/Vs。
除非上下文明确另外要求外，整个说明书及权利要求书中，”包含”一辞以与排除或详尽的意思相反的含有的意思解释；即，以″包括但不局限于″的意思。使用单数或复数的字也分别包含复数或单数。另外，″本文中″、″下面″、″以上″、″以下″之字及相似含意的字当用于本申请时是指本申请的全部且不是指此申请的任何特别部分。当″或″一字用来指二个或更多项目的清单时，此字包含此字的所有下列解释：此清单中的任何项目，此清单中的所有项目，及此清单中的项目的任何组合。
如上实施例说明不是详尽的或将所述系统或方法限于所揭露的确切形式。虽然特别实施例及这些实施例的范例在此用于例示说明，如本领域技术人员所知，在所述系统及方法的范围内各种相等的改良是可能的。本文中提供的实施例的教导可应用于其它系统及方法，而非仅用于如上所述的系统及方法。
上述各种实施例的元素及动作可被结合来提供其它实施例。可基于如上的详细说明而对实施例进行这些及其它的改变。

Claims (50)

1.一种光敏装置，包含：
第一触点及第二触点，各自具有功函数；
位于所述第一触点与所述第二触点之间的光敏材料，所述光敏材料包含p-型半导体，且所述光敏材料具有功函数；
被建构来在所述第一触点与所述第二触点之间施加偏电压的电路；
所述光敏材料的功函数的大小比所述第一触点的功函数的大小大至少0.4eV，且还比所述第二触点的功函数的大小大至少0.4eV；
所述光敏材料具有比当将所述偏电压施加在所述第一触点与所述第二触点之间时从所述第一触点至所述第二触点的电子运行时间大的电子寿命；
该所述第一触点提供电子的注入并阻断电洞的撷取；且
所述第一触点与所述光敏材料的界面提供少于1cm/s的表面重组速率。
2.如权利要求1所述的装置，其中，所述第一触点和所述第二触点的功函数各自比4.5ev浅。
3.如权利要求1所述的装置，其中，所述偏电压在约-0.1伏特至-2.8伏特的范围内。
4.如权利要求1所述的装置，其中，所述光敏材料包含多个纳米颗粒，其中，所述纳米颗粒各自具有在各纳米颗粒表面上的氧化物。
5.如权利要求1所述的装置，其中，所述光敏材料包含选自PbS、PbSe、PbTe、CdS、CdSe、CdTe、Si、Ge或C的纳米颗粒。
6.如权利要求5所述的装置，其中，所述光敏层进一步包含选自PbSO4、PbO、PbSeO4、PbTeO4、SiOxNy、In2O3、硫、硫酸盐、亚砜、碳及碳酸盐的材料。
7.如权利要求1所述的装置，其中，所述光敏材料包含多个相互连接的纳米颗粒。
8.如权利要求1所述的装置，其中，所述第一触点及所述第二触点各自包含选自Al、Ag、In、Mg、Ca、Li、Cu、Ni、NiS、TiN、TaN、TiO2、TixNy、ITO、Ru、TiSi、WSi2、以B掺杂的TiOx、以C掺杂的TiOx、以Co掺杂的TiOx、以Fe掺杂的TiOx、以Nd掺杂的TiOx、以N掺杂的TiOx的材料。
9.如权利要求1所述的装置，其中，所述第一触点及所述第二触点以200nm至2um范围的距离分隔，且所述光敏材料的电子移动性为至少1E-5cm2/Vs。
10.如权利要求1所述的装置，其中，所述光敏材料被建构来在将所述偏电压施加在所述第一触点及所述第二触点之间时提供至少0.8A/W的响应度。
11.一种光敏装置，包含：
第一触点；
n-型半导体；
包含p-型半导体的光敏材料；
第二触点；
所述光敏材料的功函数的大小比所述第二触点的功函数的大小大至少0.4eV；
所述光敏材料具有大于当将该偏电压施加在所述第一触点与所述第二触点之间时从所述第一触点至所述第二触点的电子运行时间的电子寿命；
所述n-型半导体提供电子的注入并阻断电洞的撷取；且
所述n-型半导体与所述光敏材料之间的界面提供少于1cm/s的表面重组速率。
12.如权利要求11所述的装置，其中，所述n-型半导体包含选自TiO2、被化学还原的TiO2、被氧化的TiO2、CdTe、CdS、CdSe、Si，或选自PbS、PbSe、PbTe、CdS、CdSe、CdTe、Si、Ge或C的纳米颗粒的材料。
13.如权利要求11所述的装置，其中，所述偏差压在约-0.1伏特至-2.8伏特的范围内。
14.如权利要求11所述的装置，其中，所述光敏材料包含多个纳米颗粒，其中，所述纳米颗粒各自具有在各纳米颗粒表面上的氧化物。
15.如权利要求11所述的装置，其中，所述光敏材料包含选自PbS、PbSe、PbTe、CdS、CdSe、CdTe、Si、Ge或C的纳米颗粒。
16.如权利要求11所述的装置，其中，所述光敏材料包含多个相互连接的纳米颗粒。
17.如权利要求11所述的装置，其中，所述第一触点及所述第二触点以200nm至2um范围内的距离分隔。
18.如权利要求11所述的装置，其中，所述第一触点及所述第二触点各自包含选自Al、Ag、In、Mg、Ca、Li、Cu、Ni、NiS、TiN、TaN、TiO2、TixNy、ITO、Ru、TiSi、WSi2、以B掺杂的TiOx、以C掺杂的TiOx、以Co掺杂的TiOx、以Fe掺杂的TiOx、以Nd掺杂的TiOx、以N掺杂的TiOx的材料。
19.一种光检测器，包含：
第一触点及第二触点，各自具有功函数；
位于所述第一触点与所述第二触点之间的光敏材料，所述光敏材料包含p-型半导体，且所述光敏材料具有功函数；
被建构来在所述第一触点与所述第二触点之间施加偏电压的电路；
所述光敏材料的功函数的大小比所述第一触点的功函数的大小大至少0.4eV，且还比所述第二触点的功函数的大小大至少0.4eV；
被建构来在所述第一触点与所述第二触点之间施加偏电压的电路；且
所述光敏材料被建构来在将所述偏电压施加在所述第一触点与所述第二触点之间时提供至少0.8A/W的响应度。
20.如权利要求19所述的装置，其中，所述第一触点及所述第二触点的功函数各自比4.5eV浅。
21.如权利要求19所述的装置，其中，所述偏差压在约-0.1伏特至-2.8伏特的范围内。
22.如权利要求19所述的装置，其中，所述光敏材料包含选自PbS、PbSe、PbTe、CdS、CdSe、CdTe、Si、Ge或C的纳米颗粒。
23.如权利要求22所述的装置，其中，所述光敏层进一步包含选自PbSO4、PbO、PbSeO4、PbTeO4、SiOxNy、In2O3、硫、硫酸盐、亚砜、碳和碳酸盐的材料。
24.如权利要求19所述的装置，其中，所述第一触点及所述第二触点各自包含选自Al、Ag、In、Mg、Ca、Li、Cu、Ni、NiS、TiN、TaN、TiO2、TixNy、ITO、Ru、TiSi、WSi2、以B掺杂的TiOx、以C掺杂的TiOx、以Co掺杂的TiOx、以Fe掺杂的TiOx、以Nd掺杂的TiOx、以N掺杂的TiOx的材料。
25.如权利要求19所述的装置，其中，所述第一触点及所述第二触点以200nm至2um范围内的距离分隔，且所述光敏材料的电子移动性为至少1E-5cm2/Vs。
26.一种光敏装置，包含：
第一触点和第二触点，各自具有一功函数；
位于所述第一触点与所述第二触点之间的光敏材料，所述光敏材料包含p-型半导体，且所述光敏材料具有功函数；
被建构来在所述第一触点与所述第二触点之间施加偏电压的电路；
所述光敏材料的功函数的大小比所述第一触点的功函数的大小小至少0.4eV，且还比所述第二触点的功函数的大小小至少0.4eV；
所述光敏材料具有比当将所述偏电压施加在所述第一触点与所述第二触点之间时从所述第一触点至所述第二触点的电子运行时间大的电子寿命；
所述第一触点提供电子的注入并阻断电洞的撷取；且
所述第一触点与所述光敏材料的界面提供少于1cm/s的表面重组速率。
27.如权利要求26的设备，其中，所述第一触点和所述第二触点的功函数各自比4.5ev深。
28.如权利要求26所述的装置，其中，所述偏电压在约-0.1伏特至-2.8伏特的范围内。
29.如权利要求26所述的装置，其中，所述光敏材料包含多个纳米颗粒，其中，所述纳米颗粒各自具有在各纳米颗粒表面上的氧化物。
30.如权利要求26所述的装置，其中，所述光敏材料包含选自PbS、PbSe、PbTe、CdS、CdSe、CdTe、Si、Ge或C的纳米颗粒。
31.如权利要求30所述的装置，其中，所述光敏层进一步包含选自PbSO4、PbO、PbSeO4、PbTeO4、SiOxNy、In2O3、硫、硫酸盐、亚砜、碳和碳酸盐的材料。
32.如权利要求26所述的装置，其中，所述光敏材料包含多个相互连接的纳米颗粒。
33.如权利要求26所述的装置，其中，所述第一触点及所述第二触点各自包含选自Au、Pd、Pt、Ag、In、Cu、Ni、NiS、NiSi、PtSi、TiN或TaN的材料。
34.如权利要求26所述的装置，其中，所述第一触点及所述第二触点以200nm至2um范围内的距离分隔，且所述光敏材料的电子移动性为至少1E-5cm2/Vs。
35.如权利要求26所述的装置，其中，所述光敏材料被建构来在将所述偏电压施加在所述第一触点及所述第二触点之间时提供至少0.8A/W的响应度。
36.一种光敏装置，包含：
第一触点；
p-型半导体；
包含n-型半导体的光敏材料；
第二触点；
所述光敏材料的功函数的大小比所述第二触点的功函数的大小小至少0.4eV；
所述光敏材料具有大于当将该偏电压施加在所述第一触点与所述第二触点之间时从所述第一触点至所述第二触点的电子运行时间的电子寿命；
所述p-型半导体提供电子的注入并阻断电洞的撷取；且
所述p-型半导体与所述光敏材料之间的界面提供少于1cm/s的表面重组速率。
37.如权利要求36所述的装置，其中，所述n-型半导体包含选自TiO2、被化学还原的TiO2、被氧化的TiO2、CdTe、CdS、CdSe、Si、Ge或C的材料。
38.如权利要求36所述的装置，其中，所述偏差压在约-0.1伏特至-2.8伏特的范围内。
39.如权利要求36所述的装置，其中，所述光敏材料包含多个纳米颗粒，其中，所述纳米颗粒各自具有在各纳米颗粒表面上的氧化物。
40.如权利要求36所述的装置，其中，所述光敏材料包含选自PbS、PbSe、PbTe、CdS、CdSe、CdTe、Si、Ge或C的纳米颗粒。
41.如权利要求36所述的装置，其中，所述光敏材料包含多个相互连接的纳米颗粒。
42.如权利要求36所述的装置，其中，所述第一触点及所述第二触点以200nm至2um范围内的距离分隔。
43.如权利要求36所述的装置，其中，所述第一触点及所述第二触点各自包含选自Au、Pd、Pt、Ag、In、Cu、Ni、NiS、NiSi、PtSi、TiN或TaN的材料。
44.一种光检测器，包含：
第一触点及第二触点，各自具有一功函数；
位于所述第一触点与所述第二触点之间的光敏材料，所述光敏材料包含n-型半导体，且所述光敏材料具有功函数；
被建构来在所述第一触点与所述第二触点之间施加偏电压的电路；
所述光敏材料的功函数的大小比所述第一触点的功函数的大小小至少0.4eV，且还比所述第二触点的功函数的大小小至少0.4eV；
被建构来在所述第一触点与所述第二触点之间施加偏电压的电路；且
所述光敏材料被建构来在所述偏电压被施加在所述第一触点与所述第二触点之间时提供至少0.8A/W的响应度。
45.如权利要求44所述的装置，其中，所述第一触点及所述第二触点的功函数各自比4.5eV深。
46.如权利要求44所述的装置，其中，所述偏差压在约-0.1伏特至-2.8伏特的范围内。
47.如权利要求44所述的装置，其中，所述光敏材料包含选自PbS、PbSe、PbTe、CdS、CdSe、CdTe、Si、Ge或C的纳米颗粒。
48.如权利要求47所述的装置，其中，所述光敏层进一步包含选自PbSO4、PbO、PbSeO4、PbTeO4、SiOxNy、In2O3、硫、硫酸盐、亚砜、碳和碳酸盐的材料。
49.如权利要求44所述的装置，其中，所述第一触点及所述第二触点各自包含选自Au、Pd、Pt、Ag、In、Cu、Ni、NiS、NiSi、PtSi、TiN或TaN的材料。
50.如权利要求44所述的装置，其中，所述第一触点及所述第二触点以200nm至2um范围的距离分隔，且所述光敏材料的电子移动性为至少1E-5cm2/Vs。
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