CN107017312B - 光电器件和包括该光电器件的电子装置 - Google Patents

光电器件和包括该光电器件的电子装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了光电器件和包括该光电器件的电子装置。光电器件可以包括光敏层，该光敏层可以包括配置为响应于光而产生电荷的纳米结构层和邻近于该纳米结构层的半导体层。纳米结构层可以包括一个或多个量子点。半导体层可以包括氧化物半导体。光电器件可以包括接触光敏层的不同区域的第一电极和第二电极。大量光电转换元件可以在水平方向上布置或者可以在竖直方向上层叠。光电转换元件可以吸收并由此探测在不同波长带中的光而不使用滤色器。

Description

光电器件和包括该光电器件的电子装置
技术领域
根据示范实施方式的装置涉及光电器件和包括该光电器件的电子装置。
背景技术
光电器件将光能转变成电能并响应于光诸如可见光、红外光和紫外光而产生电信号或电力。光电二极管和太阳能电池是光电器件的示例。
光电器件可以应用于图像传感器、光电传感器等中。红色、绿色和蓝色(RGB)像素可以用于互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器、RGB光电传感器等。典型地，对应于每个子像素的滤色器用来实现RGB像素。然而，当使用滤色器时，由于光交叉(lightcrossover)或光散射导致可能发生图像模糊。此外，当器件的集成度和分辨率增大时，像素中的光电器件的尺寸减小，并且会引起各种限制和问题，诸如填充因子(fill factor)减小和光学增益减小。
发明内容
一个或多个示范性实施方式可以提供光电器件，其可以有源地确定吸收的(探测的)光的波长带。一个或多个示范性实施方式可以提供光电器件，其具有优良的光电转换特性和载流子(电荷)传输特性。
一个或多个示范性实施方式可以提供具有高响应度和高探测率的光电器件。一个或多个示范性实施方式可以提供具有高光学增益和高灵敏度的光电器件。一个或多个示范性实施方式可以提供光电器件，其可以容易地具有高集成度和高分辨率能力。
一个或多个示范性实施方式可以提供可以实现RGB像素而不用滤色器的光电器件。一个或多个示范性实施方式可以提供光电器件，其中在水平方向上的像素尺寸可以通过在竖直方向上层叠子像素而大大减小。
一个或多个示范性实施方式可以提供可以应用于透明器件的光电器件。
一个或多个示范性实施方式可以提供可以应用于柔性器件的光电器件。
一个或多个示范性实施方式可以提供包括该光电器件的电子装置。
附加的示范性方面和优点将在随后的描述中部分地阐述，并且部分地由该描述而明显，或可以通过实践本示范性实施方式而习之。
根据示范性实施方式的方面，用于将光能转变成电能的光电器件包括：光敏层，包括配置为响应于光而产生电荷的量子点层和配置为提供用于传导由量子点层产生的电荷的沟道的半导体层；以及第一电极和第二电极，分别接触光敏层的沟道的相反端部。
半导体层可以包括氧化物半导体。
氧化物半导体可以包括锌氧化物(ZnO)基氧化物、铟氧化物(InO)基氧化物、以及锡氧化物(SnO)基氧化物中的至少一个。
氧化物半导体可以包括，例如，硅铟锌氧化物(SIZO)、硅锌锡氧化物(SZTO)、锌氧化物(ZnO)、铟锌氧化物(IZO)、锌锡氧化物(ZTO)、镓铟锌氧化物(GIZO)、铪铟锌氧化物(HIZO)、铟锌锡氧化物(IZTO)、锡氧化物(SnO)、铟锡氧化物(ITO)、铟镓氧化物(IGO)、铟氧化物(InO)以及铝铟氧化物(AIO)中的至少一个。
半导体层可具有大约3.0eV至大约5.0eV的能带隙。
光敏层可具有其中量子点层被嵌入在半导体层中的结构。
半导体层可以包括下部半导体层和上部半导体层，量子点层可以设置在下部半导体层和上部半导体层之间。
下部半导体层和上部半导体层可具有不同的厚度。
构成量子点层的多个量子点可以包括II-VI族基半导体、III-V族基半导体、IV-VI族基半导体、IV族基半导体和石墨烯量子点中的至少一个。
构成量子点层的多个量子点的每个可具有核壳结构或无壳颗粒结构，核壳结构可以是单壳结构或多壳结构。
由量子点层吸收的光的波长带可以取决于构成量子点层的多个量子点的材料、构造和/或尺寸。
第一电极和第二电极可以在平行于光敏层的方向上彼此间隔开。
光电器件可以是光电晶体管，在此情况下，光电器件可以还包括配置为将电场施加到光敏层的栅电极。
光电器件可以是光电探测器或光伏器件。
根据另一示范性实施方式的方面，电子装置包括一个或多个上文所述的光电器件。
根据另一示范性实施方式的方面，光电器件包括：配置为将光能转变成电能的多个光电转换元件，其中该光电转换元件至少包括第一光电转换元件和第二光电转换元件，第一光电转换元件包括在第一电极和第二电极之间的第一光敏层，第一光敏层包括配置为响应于光而产生电荷的第一量子点层和配置为提供用于传导由第一量子点层产生的电荷的沟道的第一半导体层，第二光电转换元件包括在第三电极和第四电极之间的第二光敏层，第二光敏层包括响应于光的电荷的第二量子点层和提供用于传导由第二量子点层产生的电荷的沟道的第二半导体层，第一量子点层和第二量子点层配置为吸收不同波长带的光而不使用对应于其的滤色器。
光电转换元件可以还包括第三光电转换元件，该第三光电转换元件可以包括在第五电极和第六电极之间的第三光敏层，第三光敏层可以包括配置为响应于光产生电荷的第三量子点层和配置为提供用于传导由第三量子点层产生的电荷的沟道的第三半导体层，第三量子点层可以配置为吸收与第一和第二量子点层不同的波长带的光而不使用对应于其的滤色器。
第一光电转换元件可以配置为探测对应于红色(R)、绿色(G)、蓝色(B)和红外(IR)光中任意一个的光，第二光电转换元件可以配置为探测对应于R、G、B和IR光中另一个的光，第三光电转换元件可以配置为探测对应于R、G、B和IR光中的再一个的光。
光电转换元件可以在水平方向上彼此间隔开。
光电转换元件可以在竖直方向上层叠。
第一半导体层和第二半导体层中的至少一个可以包括氧化物半导体。
氧化物半导体可以包括锌氧化物(ZnO)基氧化物、铟氧化物(InO)基氧化物、以及锡氧化物(SnO)基氧化物中的至少一个。
氧化物半导体可以包括，例如，硅铟锌氧化物(SIZO)、硅锌锡氧化物(SZTO)、锌氧化物(ZnO)、铟锌氧化物(IZO)、锌锡氧化物(ZTO)、镓铟锌氧化物(GIZO)、铪铟锌氧化物(HIZO)、铟锌锡氧化物(IZTO)、锡氧化物(SnO)、铟锡氧化物(ITO)、铟镓氧化物(IGO)、铟氧化物(InO)以及铝铟氧化物(AIO)中的至少一个。
第一半导体层和第二半导体层中的至少一个可以具有大约3.0eV至大约5.0eV的能带隙。
第一量子点层和第二量子点层中的至少一个可以嵌入在对应于其的半导体层中。
包括在第一和第二量子点层的至少一个中的一个或多个量子点可以包括II-VI族基半导体、III-V族基半导体、IV-VI族基半导体、IV族基半导体和石墨烯量子点中至少一个。
光电器件可以还包括配置为将电场施加到光电转换元件的至少一个栅电极。
光电器件可以是光电探测器或光伏器件。
根据另一示范性实施方式的方面，电子装置包括一个或多个上文所述的光电器件。
根据另一示范性实施方式的方面，光电器件包括：配置为将光能转变成电能的多个光电转换元件，其中该光电转换元件包括第一至第三光电转换元件，第一光电转换元件包括在第一电极和第二电极之间的第一光敏层，第一光敏层包括配置为响应于光而产生电荷的第一量子点层和配置为提供用于传导由第一量子点层产生的电荷的沟道的第一半导体层，第二光电转换元件包括在第三电极和第四电极之间的第二光敏层，第二光敏层包括配置为响应于光而产生电荷的第二量子点层和配置为提供用于传导由第二量子点层产生的电荷的沟道的第二半导体层，第三光电转换元件包括在第五电极和第六电极之间的第三光敏层，第三光敏层包括配置为响应于光而产生电荷的第三量子点层和配置为提供用于传导由第三量子点层产生的电荷的沟道的第三半导体层，第一至第三量子点层配置为吸收不同波长带的光而不使用对应于其的滤色器。
第一至第三光电转换元件可以顺序地层叠在基板上。
光电器件可以还包括以下中的至少一个：设置在第一光电转换元件下面的第一栅电极；设置在第一和第二光电转换元件之间的第二栅电极；和设置在第二和第三光电转换元件之间的第三栅电极。
第一光电转换元件可以配置为探测对应于红色(R)、绿色(G)、和蓝色(B)中任意一个的光，第二光电转换元件可以配置为探测对应于R、G、和B光中另一个的光，第三光电转换元件可以配置为探测对应于R、G、和B光中的再一个的光。
第一光电转换元件可以配置为探测红色(R)光，第二光电转换元件可以配置为探测绿色(G)光，第三光电转换元件可以配置为探测蓝色(B)光。
第一光电转换元件可以配置为探测蓝色(B)光，第二光电转换元件可以配置为探测红色(R)光，第三光电转换元件可以配置为探测绿色(G)光。
第一光电转换元件可具有第一宽度，第二光电转换元件可具有小于或等于第一宽度的第二宽度，第三光电转换元件可具有小于或等于第二宽度的第三宽度。
第二和第三光电转换元件可以设置在第一光电转换元件的不同区域上，第一光电转换元件可具有比第二和第三光电转换元件大的宽度。在此情况下，第一光电转换元件可以配置为探测蓝色(B)光，第二光电转换元件可以配置为探测红色(R)光，第三光电转换元件可以配置为探测绿色(G)光。
第一至第三光电转换元件可以形成层叠结构，该层叠结构当从上方看时可具有六边形结构。
第一至第六电极可以设置在六边形结构的六个侧部处，第一、第三和第五电极可以设置为分别面对第二、第四和第六电极。
第一至第三光电转换元件可以形成层叠结构，该层叠结构当从上方看时可具有八边形结构
光电器件可以还包括设置在第一和第二光电转换元件之间以及在第二和第三光电转换元件之间中的至少一处的栅电极。
第一至第六电极可以设置在八边形结构的八个侧部当中的六个侧部处，用于连接到栅电极的至少一个栅极接触部分可以设置在八个侧部当中的其余侧部处。
第一半导体层至第三半导体层中的至少一个可以包括氧化物半导体。
氧化物半导体可以包括锌氧化物(ZnO)基氧化物、铟氧化物(InO)基氧化物、以及锡氧化物(SnO)基氧化物中的至少一个。
氧化物半导体可以包括，例如，硅铟锌氧化物(SIZO)、硅锌锡氧化物(SZTO)、锌氧化物(ZnO)、铟锌氧化物(IZO)、锌锡氧化物(ZTO)、镓铟锌氧化物(GIZO)、铪铟锌氧化物(HIZO)、铟锌锡氧化物(IZTO)、锡氧化物(SnO)、铟锡氧化物(ITO)、铟镓氧化物(IGO)、铟氧化物(InO)以及铝铟氧化物(AIO)中的至少一个。
第一半导体层至第三半导体层中的至少一个可以具有大约3.0eV至大约5.0eV的能带隙。
第一量子点层至第三量子点层中的至少一个可以嵌入在对应于其的半导体层中。
包括在第一至第三量子点层中的至少一个中的一个或多个量子点可以包括II-VI族基半导体、III-V族基半导体、IV-VI族基半导体、IV族基半导体和石墨烯量子点中的至少一个。
根据另一示范性实施方式的方面，电子装置包括一个或多个上文所述的光电器件。
附图说明
通过下文结合附图对示范性实施方式的描述，这些和/或其他示范性方面和优点将变得明显且更易于理解，附图中：
图1是示出根据示范性实施方式的光电器件的截面图；
图2是示出根据另一个示范性实施方式的光电器件的截面图；
图3是示出图2的光电器件的操作原理的概念图；
图4A和4B是能带图，示出当光电器件如图3中所示操作时光敏层的能带结构如何随栅极电压Vg而改变；
图5是曲线图，示出光电器件的栅极电压Vg特性和漏极电流Id特性之间的关系如何随入射在参考图3描述的光电器件上的光的强度而变化；
图6是曲线图，示出光电器件的响应度如何随入射在参考图3描述的光电器件上的光的强度而变化；
图7是示出根据另一个示范性实施方式的光电器件的截面图；
图8是示出根据另一个示范性实施方式的光电器件的截面图；
图9是示出根据另一个示范性实施方式的光电器件的截面图；
图10是曲线图，示出在光敏层结构中的时间依赖(time-dependent)的光致发光(PL)强度变化，该光敏层结构可以在根据示范性实施方式的光电器件中使用；
图11是示出根据比较例的对应于一个像素的光电探测单元的概念图；
图12是示出根据示范性实施方式的包括多个光电转换元件的光电器件的示意截面图；
图13是示出根据另一个示范性实施方式的包括多个光电转换元件的光电器件的示意截面图；
图14是示出在根据示范性实施方式的光电器件中可以使用的不同量子点层的吸收光谱的曲线图；
图15A和15B是示出根据示范性实施方式的光电晶体管的示例的电路图；
图16是曲线图，示出栅极电压Vg和漏极电流Id特性根据光是否入射在图15的光电晶体管上而改变；
图17是示出包括图15的光电晶体管的反相电路的电路图；
图18是曲线图，示出在交替地重复辐照光到图17的反相电路上的操作和不辐照光到其上的操作的同时测量输出信号(输出电压)的变化的结果；
图19是曲线图，示出在光入射在图17的反相电路上的情况和光不入射到其上的情况中导通和截止第二晶体管的栅极电压(第二栅极电压)Vg2的同时测量输出信号(输出电压)的变化的结果；
图20是示出根据另一个示范性实施方式的具有层叠结构的光电器件的截面图；
图21是示出根据另一个示范性实施方式的光电器件的截面图；
图22是示出根据另一个示范性实施方式的光电器件的截面图；
图23是示出根据另一个示范性实施方式的光电器件的截面图；
图24是示出根据另一个示范性实施方式的光电器件的截面图；
图25A和25B是示出根据另一个示范性实施方式的光电器件的图形；
图26A和26B是示出根据另一个示范性实施方式的光电器件的图形；
图27和28是曲线图，示出关于根据示范性实施方式的多个光电转换元件的栅极电压Vg而在光响应度上的变化；
图29是示出根据比较例的光电转换元件的光响应度的变化的曲线图；
图30是曲线图，示出关于入射在根据示范性实施方式的光电器件(光电元件)上的光的波长的变化而在光响应度上的变化；
图31是曲线图，示出关于入射在根据另一个示范性实施方式的光电器件(光电元件)上的光的波长的变化而在光响应度上的变化；
图32是曲线图，示出关于入射在根据另一个示范性实施方式的光电器件(光电元件)上的光的波长的变化而在光响应度上的变化；
图33是曲线图，示出关于在具有图2的结构的光电器件中量子点层的厚度(层数)而在光响应度上的变化；
图34是曲线图，示出关于量子点(QD)层的厚度(层数)而在光电器件的光响应度上的变化，其从图33的数据获得；
图35A、35B和35C是示出关于图33和34讨论的量子点(QD)层的厚度(层数)的概念的截面图；
图36是曲线图，示出可以应用于根据示范性实施方式的电子器件的氧化物半导体层的透射率的测量结果；
图37是曲线图，示出可以在根据另一个示范性实施方式的电子器件中使用的半导体层/量子点层结构的透射率的测量结果；
图38是曲线图，示出可以应用于根据另一个示范性实施方式的电子器件的下部半导体层/量子点层/上部半导体层结构的透射率的测量结果；
图39是曲线图，示出根据示范性实施方式的包括绿色(G)量子点层的器件的栅极电压Vg-漏极电流Id传输曲线；
图40是曲线图，示出当图39的器件的Vg为大约-17V、大约-12V和大约10V时噪声电流的测量结果；
图41是曲线图，示出当图39的器件的Vg为大约-17V、大约-12V和大约10V时在光响应度上的频率依赖(frequency-dependent)变化；
图42是曲线图，示出由图40的噪声值和图41的响应度值计算的器件的探测率；
图43A和43B是示出用于通过使用根据示范性实施方式的包括多个光电转换元件(光电元件)的光电器件执行光电探测的算法的示例的图形；
图44是示出根据另一个示范性实施方式的光电器件的截面图；和
图45是示出根据另一个示范性实施方式的光电器件的截面图。
具体实施方式
现将详细参考在附图中示出的示范性实施方式，其中相同的附图标记通篇涉及相同的元件。在这方面，本示范实施方式可具有不同的形式并且不应理解为限于在此阐述的描述。因此，示范性实施方式仅在下文通过参考附图来描述，从而解释实施方式的某些方面。如这里所用，术语“和/或”包括相关列举项目的一个或多个的任何和所有组合。当诸如“...的至少一个”的表述在一串元件之前时，其修饰整个串的元件而不修饰该串元件中的单个元件。
现在将参考附图更充分地描述不同的示范性实施方式。
应当理解的是，当元件被称为“连接到”或“联接到”另一元件时，它可能直接连接或联接到另一元件或者可能存在中间元件。相反，当元件被称为“直接连接到”或“直接联接到”另一元件时，不存在中间元件。
将理解的是，虽然术语“第一”、“第二”等可以用于此来描述各种元件、部件、区域、层和/或部分，这些元件、部件、区域、层和/或部分应不受这些术语限制。这些术语只用于区分一个元件、部件、区域、层或部分与另一元件、部件、区域、层或部分。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部分可以被称为第二元件、部件、区域、层或部分，而不背离示范性实施方式的教导。
在这里为了描述的方便，可以使用空间相对术语，诸如“下面”、“下方”、“下”、“上方”、“上”等，来描述一个元件或特征和其他元件或特征如图中所示的关系。可以理解空间相对术语旨在包含除了在图中所绘的方向之外的装置在使用或操作中的不同方向。例如，如果在图中的装置被翻转，被描述为在其他元件或特征的“下方”或“下面”的元件则应取向在所述其他元件或特征的“上方”。因此，示范性术语“下方”可以包含下方和上方两个方向。装置也可以有其它取向(旋转90度或其它取向)且相应地解释这里所使用的空间相对描述语。
这里所使用的术语只是为了描述特别的实施方式的目的且不旨在限制示范性实施方式。如这里所用，单数形式“一”和“该”也旨在包括复数形式，除非内容清楚地指示另外的意思。可以进一步理解当在此说明书中使用时术语“包括”、“包含”和/或“具有“说明所述特征、整体、步骤、操作、元件、和/或组分的存在，但是不排除存在或添加一个或更多其他特征、整体、步骤、操作、元件、组分和/或其组。
参考横截面图示在这里描述了示范性实施方式，该图示是示范性实施方式的理想实施方式(和中间结构)的示意图。因此，可以预期由于例如制造技术和/或公差引起的图示的形状的变化。因此，示范性实施方式不应解释为限于这里所示的特别的区域形状，而是包括由于例如由制造引起的形状的偏离。例如，被示为矩形的注入区将通常具有修圆或弯曲的特征和/或在其边缘具有注入浓度的梯度而不是从注入区到非注入区的二元变化。相似地，由注入形成的埋入区可以引起埋入区和通过其进行注入的表面之间的区域中的某些注入。因此，图中示出的区域本质上是示意性的且它们的形状不旨在示出装置的区域的精确的形状且不旨在限制示范性实施方式的范围。
除非另有界定，这里使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有示范性实施方式属于的领域的普通技术人员共同理解的相同的意思。还可以理解诸如那些在共同使用的字典中定义的术语应解释为一种与在相关技术的背景中的它们的涵义一致的涵义，而不应解释为理想化或过度正式的意义，除非在这里明确地如此界定。
在下文，将参考附图详细描述根据示范性实施方式的光电器件和包括该光电器件的电子装置。为了清晰和便于描述，可以夸大附图中示出的层或区域的宽度和厚度。通篇说明书中，相同的附图标记可表示相同的元件。
图1是示出根据示范性实施方式的光电器件的截面图。
参考图1，光电器件可以包括光敏层PA1。光敏层PA1可以包括量子点层QL1和接触量子点层QL1的半导体层SL1。量子点层QL1可以吸收光并响应于被吸收的光而产生电荷(也被称为载流子)。换句话说，电荷可以被入射在量子点层QL1上的光激发。半导体层SL1可以提供用于传输由量子点层QL1产生的电荷的沟道。换句话说，由量子点层QL1产生的电荷可以被传输穿过半导体层SL1。本示范性实施方式的光电器件可以还包括分别接触光敏层PA1的第一端和第二端的第一电极E1和第二电极E2。第一电极E1可以接触光敏层PA1的第一区(例如，第一端)，第二电极E2可以接触光敏层PA1的第二区(例如，第二端)。半导体层SL1可以提供用于在第一电极E1和第二电极E2之间传输电荷的通路(即，沟道)。基于光吸收的电荷产生特性可以通过量子点层QL1的存在而提高，电荷传输特性可以通过半导体层SL1的存在而提高。
量子点层QL1可以包括多个量子点QD。量子点QD可以形成单层结构或多层结构。替换地，量子点QD可以形成少于一个层的结构。这将参考图35更详细地描述。每个量子点QD可具有包括核和壳的核壳结构或可具有无壳的颗粒结构。核壳结构可以是单壳结构或多壳结构。多壳结构可以是例如双壳结构。每个量子点QD可具有大约几十nm或更小的直径，例如，大约10nm或更小的直径。虽然未示出，有机配位体或无机配位体可以存在于量子点QD的表面上。量子点QD可以是胶体量子点。
构成量子点层QL1的量子点QD例如可以包括II-VI族基半导体、III-V族基半导体、IV-VI族基半导体、IV族基半导体和石墨烯量子点中的至少一个。II-VI族基半导体例如可以包括以下中的至少一个：二元化合物，诸如，CdS、CdSe、CdTe、ZnS、ZnSe、ZnTe、ZnO、HgS、HgSe或HgTe；三元化合物，诸如，CdSeS、CdSeTe、CdSTe、ZnSeS、ZnSeTe、ZnSTe、HgSeS、HgSeTe、HgSTe、CdZnS、CdZnSe、CdZnTe、CdHgS、CdHgSe、CdHgTe、HgZnS、或HgZnSe；和四元化合物，诸如，CdHgZnTe、CdZnSeS、CdZnSeTe、CdZnSTe、CdHgSeS、CdHgSeTe、CdHgSTe、HgZnSeS、HgZnSeTe或HgZnSTe；或其任意组合。III-V族基半导体例如可以包括以下中的至少一个：二元化合物，诸如，GaN、GaP、GaAs、GaSb、AlN、AlP、AlAs、AlSb、InN、InP、InAs或InSb；三元化合物，诸如，GaNP、GaNAs、GaNSb、GaPAs、GaPSb、AlNP、AlNAs、AlNSb、AlPAs、AlPSb、InNP、InNAs、InNSb、InPAs、或InPSb；和四元化合物，诸如，GaAlNP、GaAlNAs、GaAlNSb、GaAlPAs、GaAlPSb、GaInNP、GaInNAs、GaInNSb、GaInPAs、GaInPSb、InAlNP、InAlNAs、InAlNSb、InAlPAs或InAlPSb；或其任意组合。IV-VI族基半导体例如可以包括：二元化合物，诸如，SnS、SnSe、SnTe、PbS、PbSe、或PbTe；三元化合物，诸如，SnSeS、SnSeTe、SnSTe、PbSeS、PbSeTe、PbSTe、SnPbS、SnPbSe、或SnPbTe；四元化合物，诸如，SnPbSSe、SnPbSeTe、或SnPbSTe；或其任意组合。IV族基半导体例如可以包括Si、Ge、SiGe、SiC、或其任意组合。石墨烯量子点可以是包括石墨烯的量子点。
作为示例，当量子点QD具有无壳的颗粒结构时，它可以包括CdSe和/或InP。当量子点QD具有带有单壳结构的核壳结构时，它例如可以包括CdSe/CdS(核/壳)结构或InP/ZnS(核/壳)结构。当量子点QD具有带有双壳结构的核-壳-壳结构时，它例如可以包括CdSe/CdS/ZnS(核/壳/壳)结构。然而，上述材料和组合仅是示范性的，可以使用各种其他材料组合。量子点QD的直径可以是大约1nm至大约几十nm。
量子点层QL1可以吸收某波长带的光并由此产生电荷(电子空穴对)(也被称为载流子)。由量子点层QL1吸收的光的波长带可以根据构成量子点层QL1的量子点QD的材料、构造和/或尺寸而改变。因此，由量子点层QL1吸收的光的波长带可以通过改变量子点QD的材料、构造和/或尺寸而容易地改变。例如，诸如CdSe、CdS、CdTe、InP、GaAs、AlSb、GaSb、InAs、InN、ZnSb、MoS、CuO或Si的材料可以是适合于吸收红色(R)光的量子点(QD)材料，诸如CdSe、CdS、CdTe、InP、GaAs、AlSb、GaSb、InAs、InN、ZnSb、MoS、CuO或Si的材料可以是适合于吸收绿色(G)光的量子点(QD)材料，诸如CdSe、CdS、InP、ZnSe、MnSe、GaP、AlAs、ZnTe、MnTe、FeO或AlP的材料可以是适合于吸收蓝色(B)光的量子点(QD)材料，以及诸如PbSe、PbS、Ge、HgSe、HgS、HgTe、InSb、SbSe或SbTe的材料可以是适合于吸收红外(IR)光的量子点(QD)材料。即使相同的材料(例如，CdSe)也可以根据量子点的尺寸而吸收不同波长的光。
半导体层SL1可以包括氧化物半导体。氧化物半导体可以是无硅基无机半导体。氧化物半导体例如可以包括锌氧化物(ZnO)基氧化物、铟氧化物(InO)基氧化物、以及锡氧化物(SnO)基氧化物中的至少一个。作为示例，氧化物半导体可以包括硅铟锌氧化物(SIZO)、硅锌锡氧化物(SZTO)、锌氧化物(ZnO)、铟锌氧化物(IZO)、锌锡氧化物(ZTO)、镓铟锌氧化物(GIZO)、铪铟锌氧化物(HIZO)、铟锌锡氧化物(IZTO)、锡氧化物(SnO)、铟锡氧化物(ITO)、铟镓氧化物(IGO)、铟氧化物(InO)以及铝铟氧化物(AIO)中的至少一个。在此，SIZO可以是掺杂有硅(Si)的IZO，类似地，SZTO可以是掺杂有Si的ZTO。通过Si掺杂，IZO和ZTO的载流子浓度可以被调节并且其稳定性和可靠性可以提高。ITO等可根据其组成材料(元素)的成分比例而具有半导体特性或导体特性，并且在此可以使用具有半导体特性的ITO。此外，以上使用的术语，诸如，SIZO、SZTO、ZnO、IZO、ZTO、GIZO、HIZO、IZTO、SnO、ITO、IGO、InO和AIO不限定组成材料的成分比例，并且可以适当地确定其成分比例。包括上述材料的半导体层SL1可以有效地传输由量子点层QL1产生的电荷同时吸收很少的可见光或不吸收可见光。因此，半导体层SL1可具有相对大的能带隙。半导体层SL1的能带隙可以是大约3.0eV或更大，例如，大约3.0eV至大约5.0eV。此外，半导体层SL1可具有相对高的霍尔迁移率。半导体层SL1可具有大约1cm2/Vs或更大的霍尔迁移率。半导体层SL1的霍尔迁移率可以是大约1cm2/Vs至大约几百cm2/Vs。例如，半导体层SL1的霍尔迁移率可以是大约10cm2/Vs或更大，或者大约20cm2/Vs或更大。作为示例，SIZO的霍尔迁移率可以是大约30cm2/Vs。因此，半导体层SL1可具有优良的电荷(载流子)传输特性。半导体层SL1可以包括非晶相。替换地，半导体层SL1可以包括非晶相和结晶相两者。
光敏层PA1可具有其中量子点层QL1被嵌入半导体层SL1中的结构，如图1所示。换句话说，半导体层SL1可以包括下部半导体层SL1a和上部半导体层SL1b，量子点层QL1可以设置在下部半导体层SL1a和上部半导体层SL1b之间。下部半导体层SL1a和上部半导体层SL1b可以包括相同的材料，或者可以包括不同的材料。在前一种情况下，例如，下部半导体层SL1a和上部半导体层SL1b两者都可以包括SIZO或者可以包括上述示范性的材料中的另一个。下部半导体层SL1a可以首先形成，量子点层QL1可以形成在下部半导体层SL1a上，上部半导体层SL1b可以形成在下部半导体层SL1a上，覆盖量子点层QL1。在此情况下，上部半导体层SL1b的材料可以接触量子点层QL1的量子点QD并可以填充量子点层QL1的量子点QD之间的间隔。因此，量子点层QL1的电荷分离效率可以增大，产生的电荷可以更容易地传输到半导体层SL1从而有助于其光电导。
下部半导体层SL1a和上部半导体层SL1b可具有不同的厚度。作为示例，下部半导体层SL1a可具有比上部半导体层SL1b更大的厚度。在此情况下，下部半导体层SL1a可以起主沟道作用，上部半导体层SL1b可以起辅助沟道作用同时保护量子点层QL1。作为另一个示例，上部半导体层SL1b可具有比下部半导体层SL1a更大的厚度。在此情况下，具有相对大的厚度的上部半导体层SL1b可以起主沟道作用，具有相对小的厚度的下部半导体层SL1a可以起辅助(副)沟道作用。替换地，下部半导体层SL1a和上部半导体层SL1b可具有相同的厚度。下部半导体层SL1a和上部半导体层SL1b每个可具有大约几nm至大约几百nm厚度。例如，下部半导体层SL1a和上部半导体层SL1b每个可具有大约3nm至大约100nm的厚度。
第一电极E1和第二电极E2可以包括例如金属和/或金属化合物。第一电极E1和第二电极E2的材料不被特别限制，第一电极E1和第二电极E2可以包括在典型的半导体器件(或者电子器件)中可以用作电极的任意导电材料(例如，金属和/或金属化合物)。第一电极E1和第二电极E2可以在平行于光敏层PA1的最大表面的方向上彼此间隔开。第一电极E1可以在光敏层PA1的第一端处接触半导体层SL1，在此情况下，第一电极E1可以接触下部半导体层SL1a和上部半导体层SL1b两者或者接触下部半导体层SL1a和上部半导体层SL1b中任意一个，例如，仅接触下部半导体层SL1a。同样，第一电极E1可以在光敏层PA1的第一端处接触或者不接触量子点层QL1。第二电极E2可以在光敏层PA1的第二端处接触半导体层SL1，在此情况下，第二电极E2可以接触下部半导体层SL1a和上部半导体层SL1b两者或者接触下部半导体层SL1a和上部半导体层SL1b中任意一个，例如，仅接触下部半导体层SL1a。同样，第二电极E1可以在光敏层PA1的第二端处接触或者不接触量子点层QL1。
图1的光电器件可以是具有两个电极(E1和E2)的两端子器件。光电器件可以感测在光敏层PA1中由光产生并且在第一电极E1和第二电极E2之间的电流，或者可以通过利用光敏层PA1的光伏特性来产生电能。因此，图1的光电器件例如可以用作光电探测器或光伏器件。
根据另一个示范性实施方式，晶体管结构，即，光电晶体管可以通过将栅电极添加到图1的光电器件来实现。其示例在图2中示出。
参考图2，可以设置具有与图1中示出的光敏层PA1相同或相似的结构的光敏层PA10。光敏层PA10可以包括量子点层QL10和半导体层SL10，半导体层SL10可以包括下部半导体层SL10a和上部半导体层SL10b。此外，第一电极E10和第二电极E20可以设置在光敏层PA10的不同区域中。第一电极E10和第二电极E20中的一个可以是源电极，另一个可以是漏电极。另外，本示范性实施方式的光电器件可以还包括用于施加电场到光敏层PA10的栅电极G10。栅电极G10可以设置在光敏层PA10下方或上方。在本示范性实施方式中，作为示范性情况，栅电极G10设置在光敏层PA10下方。栅绝缘层GI10可以设置在栅电极G10和光敏层PA10之间。
栅电极G10可以是一种导电基板或可以由基板中的导电材料形成。栅电极G10可以包括柔性材料诸如导电聚合物，或可以包括刚性材料诸如掺杂半导体(例如，掺杂硅)。替换地，栅电极G10例如可以包括金属、金属化合物、石墨烯和/或碳纳米管(CNT)。栅绝缘层GI10可包括硅氧化物、硅氮化物、或硅氮氧化物，或可包括任意其他材料层，例如，具有比硅氮化物的介电常数高的介电常数的高介电材料。此外，栅绝缘层GI10可以包括有机绝缘材料，诸如绝缘聚合物。栅绝缘层GI10可具有单层结构或多层结构。
通过利用栅电极G10施加电场到光敏层PA10，光敏层PA10的光电转换特性可以提高和被控制。此外，由于图2的光电器件具有晶体管功能以及光电转换功能，所以它可以有利地用作各种电子装置中的多功能器件。
图3是示出图2的光电器件的操作原理的概念图。
参考图3，当光能(hv)(h＝普朗克常数，v＝光的频率)辐照到光敏层PA10上时，电荷(e-)可以由量子点层QL10产生并且产生的电荷(e-)可以通过半导体层SL10在第一电极E10和第二电极E20之间传输。通过向栅电极G10施加栅极电压Vg，电场可以施加到光敏层PA10。由于光敏层PA10的能带结构被电场改变，所以由量子点层QL10产生的电荷(e-)可以更容易地传输到半导体层SL10从而有助于其光电导。由于从量子点层QL10接收的电荷(e-)所导致的光掺杂效应，半导体层SL10可具有增大的费米能级，并且因此即使在低栅极电压Vg或负栅极电压Vg下也可以有效地传输接收到的电荷(e-)。此外，漏极电压Vd可以施加在第一电极E10和第二电极E20之间。通过漏极电压Vd，电荷(e-)可以从第二电极E20到第一电极E10，或沿相反方向、从第一电极E10到第二电极E20，容易地流动穿过半导体层SL10。换句话说，光电流可以容易地流动穿过在第一电极E10和第二电极E20之间的半导体层SL10。
下部半导体层SL10a和上部半导体层SL10b可以被设置使得下部半导体层SL10a比上部半导体层SL10b更靠近栅电极G10。下部半导体层SL10a可以用作用于传输电荷(e-)的主沟道，上部半导体层SL10b可以用作用于传输电荷(e-)同时保护量子点层QL10的辅助沟道。邻近于栅电极G10的下部半导体层SL10a，即，用作主沟道的下部半导体层SL10a可具有比上部半导体层SL10b更大的厚度。然而，在某些情况下，下部半导体层SL10a和上部半导体层SL10b可具有相同的厚度或相似的厚度。
图4A和4B是能带图，示出当光电器件如图3中所示操作时光敏层PA10的能带结构如何根据栅极电压Vg改变。图4A示出在其中栅极电压Vg低于0V的情况，图4B示出在其中栅极电压Vg高于0V的情况。在图4A和4B中，Ev和Ec分别表示价带最高能级和导带最低能级。
如图4A所示，当光能(hv)辐照到光敏层QL10时，电子(e-)和空穴(h)可以在量子点层QL10中分离。即，可以产生多个电子(e-)和空穴(h)。在此情况下，当栅极电压Vg低于0V时，即，当负(-)电压施加到栅电极G10(见图3)时，由量子点层QL10产生的电子(e-)排出到半导体层SL10a和SL10b中的效率可以降低。
如图4B所示，当栅极电压Vg高于0V时，即，当正(+)电压施加到栅电极G10(见图3)时，由量子点层QL10产生的电子(e-)排出到半导体层SL10a和SL10b中的效率可以随着能带结构的改变而显著地提高。在此，虽然示出了电子(e-)被主要传输到下部半导体层SL10a，但是一些电子(e-)也可以传输到上部半导体层SL10b。如此，通过利用栅极电压Vg可以提高并且控制光电转换特性。
图5是曲线图，示出光电器件的栅极电压Vg特性和漏极电流Id特性之间的关系如何根据入射在参考图3描述的光电器件上的光的强度而变化。在利用大约5nW、大约10nW、大约30nW、和大约90nW功率水平的光辐照光电器件时评价Vg和Id特性。此外，在没有光入射在光电器件上，即，在“暗”状态的情况下，评价Vg-Id特性。
参考图5可见，随着辐照的光的功率增大Vg-Id曲线向上偏移。这意味着由光敏层PA10(见图3)产生的光电流随着辐照的光的功率增大而增大。此外，可以看出，在栅极电压Vg下辐照光时产生的电流(IPhoto)与没有光辐照时产生的电流(IDark)之间的比率，即，IPhoto/IDark具有大约5×105的非常高的值。这意味着光电器件(光电晶体管)的根据光辐射的导通和截止特性优良。
图6是曲线图，示出光电器件的响应度如何根据入射在参考图3描述的光电器件上的光的强度而变化。在辐照具有大约5nW、大约10nW、大约30nW、和大约90nW功率水平的光时测量根据栅极电压Vg而在响应度上的变化。
参考图6可以看出，光电器件的光响应度随着栅极电压Vg增大而相对大地增长。根据栅极电压(Vg)增大而增大的响应度可以随着辐照的光的功率减小而增大。在此，可以看出测量的响应度在某个栅极电压(Vg)范围中具有大约1000A/W至大约10000A/W的值。
图2的光电器件(光电晶体管)可以以各种方式改变。其示例在图7中示出。即，图7示出根据另一示范性实施方式的光电器件。在图7的示范性实施方式中，使用保护层P11代替图2的上部半导体层SL10b。
参考图7，光敏层PA11可以包括半导体层SL11和设置在半导体层SL11上的量子点层QL11。半导体层SL11和量子点层QL11可以分别对应于图2的下部半导体层SL10a和量子点层QL10。因此，半导体层SL11可以包括氧化物半导体，氧化物半导体可以包括ZnO基氧化物、InO基氧化物和SnO基氧化物中的至少一个。作为示例，半导体层SL11可以包括SIZO、SZTO、ZnO、IZO、ZTO、GIZO、HIZO、IZTO、SnO、ITO、IGO、InO和AIO中至少一个。
保护层P11可以设置在量子点层QL11上。保护层P11可以包括绝缘材料。例如，保护层P11可以包括硅氧化物、硅氮氧化物、或硅氮化物，或者可以包括具有比硅氮化物高的介电常数的高介电材料。替换地，保护层P11可以包括有机绝缘材料，诸如绝缘聚合物。在某些情况下，保护层P11可以包括非氧化物半导体。在此情况下，保护层P11也可以用作上部沟道(辅助沟道)，并可以被认为是光敏层PA11的一部分。图7的栅电极G11、栅绝缘层GI11、第一电极E11和第二电极E21可以分别与参考图2描述的栅电极G10、栅绝缘层GI10、第一电极E10和第二电极E20相同或相似。
图8是示出根据另一示范性实施方式的光电器件的截面图。本示范性实施方式示出具有顶部栅极结构的光电器件(在此，光电晶体管)。
参考图8，光敏层PA12可以设置在基板SUB12上。光敏层PA12可以包括量子点层QL12和接触量子点层QL12的半导体层SL12。半导体层SL12可以包括下部半导体层SL12a和上部半导体层SL12b，量子点层QL12可以设置在下部半导体层SL12a和上部半导体层SL12b之间。因此，量子点层QL12可以称为被嵌入在半导体层SL12中。下部半导体层SL12a和上部半导体层SL12b的材料和特性可以类似于参考图2描述的下部半导体层SL10a和上部半导体层SL10b的材料和特性。然而，在本示范性实施方式中，上部半导体层SL12b的厚度可以大于下部半导体层SL12a的厚度。
接触光敏层PA12的第一区和第二区的第一电极E12和第二电极E22可以设置在基板SUB12上。可以设置栅绝缘层GI12，覆盖第一电极E12和第二电极E22之间的光敏层PA12。栅绝缘层GI12可以延伸以覆盖第一电极E12和第二电极E22，如图8所示。栅电极G12可以设置在栅绝缘层GI12上。栅电极G12可以设置在光敏层PA12上方。栅电极G12可以被称为顶栅。
在本示范性实施方式中，上部半导体层SL12b比下部半导体层SL12a更靠近栅电极G12。在此情况下，上部半导体层SL12b的厚度可以大于下部半导体层SL12a的厚度。上部半导体层SL12b可以用作主沟道，下部半导体层SL12a可以用作辅助(副)沟道。然而，在某些情况下，下部半导体层SL12a和上部半导体层SL12b可具有相同的厚度或相似的厚度。
下部半导体层SL12a可以从图8的结构省略。其示例在图9中示出。
参考图9，量子点层QL13可以设置在基板SUB13上，并且可以设置覆盖量子点层QL13的半导体层SL13。量子点层QL13和半导体层SL13可以构成光敏层PA13。半导体层SL13的材料可以填充在量子点层QL13的多个量子点QD之间的间隔。因此，光敏层PA13可以被称为具有其中量子点层QL13嵌入半导体层SL13中的嵌入结构。半导体层SL13的材料可以与参考图1描述的半导体层SL1相同或者类似。
第一电极E13和第二电极E23可以设置在基板SUB13上并可以接触光敏层PA13的不同区域。栅绝缘层GI13可以设置在光敏层PA13上，栅电极G13可以设置在栅绝缘层GI13上。
图10是曲线图，示出在光敏层结构中的时间依赖的光致发光(PL)强度变化，该光敏层结构可以在根据示范性实施方式的光电器件中使用。为了比较，采用其中量子点层形成在玻璃基板上的结构，即，玻璃/QD结构。其中量子点层形成在SIZO基板上的结构，即，SIZO/QD结构被用作根据示范性实施方式的光敏层结构。其中量子点层形成在SIZO基板上并且SIZO层形成在量子点层上的结构，即，SIZO/QD/SIZO结构被用作根据另一示范性实施方式的光敏层结构。如此，在玻璃/QD结构(比较例)、SIZO/QD结构(示范性实施方式)、和SIZO/QD/SIZO结构(另一示范性实施方式)中的时间依赖的PL强度变化被测量。
参考图10，可以看出，关于SIZO/QD结构(示范性实施方式)的曲线在比关于玻璃/QD结构(比较例)的曲线显著低的位置。当SIZO基板被使用代替玻璃基板时，由于电荷可以容易地从量子点(QD)层传输到SIZO，所以PL寿命可以减小。此外，可以看出关于SIZO/QD/SIZO结构(另一示范性实施方式)的曲线在比关于SIZO/QD结构(示范性实施方式)的曲线低的位置。当量子点(QD)层嵌入在半导体(SIZO)中时，可以有效地进行电荷分离和电荷传输到半导体(SIZO)，因此PL寿命可以进一步减小。由此结果可以看出，在量子点层接触半导体层的结构中和在量子点层嵌入在半导体层的结构中可以发生优良的光电特性。
例如，吸收并由此探测对应于红色(R)、绿色(G)、蓝色(B)和红外(IR)光中任意一个的光的光电器件可以通过使用参考图1、2和7至9描述的结构来实现。由量子点层QL1和QL10至QL13吸收的光的波长带可以根据量子点层QL1和QL10至QL13的材料、构造和/或尺寸而改变。因此，可以实现适于吸收并由此探测红色(R)光的单元光电器件、适于吸收并由此探测绿色(G)光的单元光电器件、适于吸收并由此探测蓝色(B)光的单元光电器件、以及适于吸收并由此探测红外(IR)光的单元光电器件。此外，用于吸收并由此探测不同波长的光的器件可以通过组合多个不同的单元光电器件来实现。这将在下文参考图12和13更详细地描述。在此之前，参考图11，将给出根据比较例的光电器件的描述，该比较例可以与图12和13的示范性实施方式相比较。
图11是示出根据比较例的对应于一个像素的光电探测单元的概念图。图11的光电探测单元可以是常规CMOS图像传感器的单元像素。单元像素可以是RGB像素。
参考图11，多个光电二极管PD1、PD2和PD3可以布置在水平方向上，多个滤色器CF1、CF2和CF3可以布置为分别对应于光电二极管PD1、PD2和PD3。光电二极管PD1、PD2和PD3可以包括第一光电二极管PD1、第二光电二极管PD2和第三光电二极管PD3。第一、第二和第三光电二极管PD1、PD2和PD3可以是相同的器件。滤色器CF1、CF2和CF3可以包括第一滤色器CF1、第二滤色器CF2和第三滤色器CF3。第一滤色器CF1和对应于其的第一光电二极管PD1可以被认为构成第一子像素，第二滤色器CF2和对应于其的第二光电二极管PD2可以被认为构成第二子像素，第三滤色器CF3和对应于其的第三光电二极管PD3可以被认为构成第三子像素。第一滤色器CF1可以配置为透射红色(R)光并阻挡其他光，第二滤色器CF2可以配置为透射绿色(G)光并阻挡其他光，以及第三滤色器CF3可以配置为透射蓝色(B)光并阻挡其他光。入射在光电二极管PD1、PD2和PD3上的光的波长可以分别通过对应的滤色器CF1、CF2、和CF3来确定。换句话说，根据比较例的光电探测单元可以以无源方式进行光电探测。
当通过使用滤色器CF1、CF2和CF3以此方式进行光电探测时，会发生在其中穿透滤色器(例如，CF2)的光入射在除了对应于其的光电二极管(例如，PD2)之外的相邻光电二极管(例如，PD1或PD3)上的光交叉现象。此外，穿透滤色器CF1、CF2和CF3的光可以在光电二极管PD1、PD2和PD3之间设置的壁(或屏障)(未示出)处引起光散射。光交叉和/或光散射可以引起图像模糊现象。当光电探测单元的集成度和分辨率增大时，由于每个光电二极管PD1、PD2和PD3的尺寸减小并且在其间的距离减小，所以由光交叉和光散射所引起的问题会变得严重。此外，当此光电探测单元的集成度和分辨率增大时，像素中的光电二极管PD1、PD2和PD3的尺寸减小，并且因此会引起各种限制和问题，诸如填充因子减小和光学增益减小。
如果滤色器CF1、CF2和CF3形成为包括量子点，每个滤色器CF1、CF2和CF3的厚度会需要增加到大约10μm或更大，以便确保优良的滤光特性。在此情况下，总器件尺寸(厚度)可以增大，并且可以增加其制造成本。
图12是示出根据示范性实施方式的包括多个光电转换元件的光电器件的示意截面图。本示范性实施方式的光电器件具有水平布置结构，也被称为横向布置结构。
参考图12，多个光电转换元件，例如，第一光电转换元件PE14、第二光电转换元件PE24和第三光电转换元件PE34可以布置为在水平方向上彼此间隔开。第一光电转换元件PE14可以包括第一光敏层PA14，第二光电转换元件PE24可以包括第二光敏层PA24，第三光电转换元件PE34可以包括第三光敏层PA34。第一至第三光敏层PA14、PA24和PA34可具有与参考图1和2描述的光敏层PA1和PA10相同或相似的构造。更详细地，第一光敏层PA14可以包括第一量子点层QL14和第一半导体层SL14。第一量子点层QL14可以响应于光产生电荷，第一半导体层SL14可以提供用于传输由第一量子点层QL14产生的电荷的沟道。第一量子点层QL14可以嵌入在第一半导体层SL14中。第一量子点层QL14和第一半导体层SL14的材料和特性可以与参考图1和2描述的量子点层QL1和QL10以及半导体层SL1和SL10的材料和特性相同或类似。类似于第一光敏层PA14，第二光敏层PA24可以包括第二量子点层QL24和第二半导体层SL24，第三光敏层PA34可以包括第三量子点层QL34和第三半导体层SL34。
第一量子点层QL14、第二量子点层QL24和第三量子点层QL34可以在其材料、构造和/或尺寸方面彼此不同。在这点上，第一量子点层QL14可以配置为吸收并由此探测对应于红色(R)、绿色(G)、蓝色(B)和红外(IR)光中任意一个的光，第二量子点层QL24可以配置为吸收并由此探测对应于R、G、B和IR光中另一个的光，第三量子点层QL34可以配置为吸收并由此探测对应于R、G、B和IR光中的再一个的光。例如，第一量子点层QL14可以配置为吸收并由此探测红色(R)光，第二量子点层QL24可以配置为吸收并由此探测绿色(G)光，第三量子点层QL34可以配置为吸收并由此探测蓝色(B)光。换句话说，第一光电转换元件PE14可以配置为吸收并由此探测红色(R)光，第二光电转换元件PE24可以配置为吸收并由此探测绿色(G)光，第三光电转换元件PE34可以配置为吸收并由此探测蓝色(B)光。在此情况下，图12的结构可以是一个RGB像素，每个光电转换元件PE14、PE24和PE34可以是子像素。
虽然未示出，每个光电转换元件PE14、PE24和PE34可以还包括接触与其对应的每个光敏层PA14、PA24和PA34的两个电极。两个电极可以对应于图1的第一电极E1和第二电极E2或可以对应于图2的第一电极E10和第二电极E20。此外，光电转换元件PE14、PE24和PE34的每个可以还包括用于将电场施加到对应于其的光敏层PA14、PA24和PA34的每个的栅电极。栅电极可以对应于图2和7至9的栅电极G10、G11、G12和G13的每个。在此情况下，每个光电转换元件PE14、PE24和PE34可以是光电晶体管。
在本示范性实施方式中，由每个光电转换元件PE14、PE24和PE34吸收并由此探测的光的波长带可以通过设置在每个光电转换元件PE14、PE24和PE34中的每个量子点层QL14、QL24和QL34来确定而没有单独的滤色器。换句话说，根据本示范性实施方式的光电器件可以以有源方式进行光电探测。因此，根据本示范性实施方式的光电器件可以被称为无滤色器结构(color filter-less)，即，不需要单独的滤色器的结构。
另外，由于每个量子点层QL14、QL24和QL34可具有非常小的厚度，所以可以实现具有优良的透光率和小的总厚度的光电器件。例如，当每个量子点层QL14、QL24和QL34具有包括多个量子点的单层结构时，其厚度可以小到大约6nm或更小。与参考图11描述的滤色器CF1、CF2和CF3的厚度比较，这可以是相对非常小的厚度。
图13是示出根据另一个示范性实施方式的包括多个光电转换元件的光电器件的示意截面图。本示范性实施方式的光电器件具有竖直布置结构，即，层叠结构。
参考图13，多个光电转换元件，例如，第一光电转换元件PE15、第二光电转换元件PE25和第三光电转换元件PE35可以在竖直方向上层叠。第一光电转换元件PE15、第二光电转换元件PE25和第三光电转换元件PE35可以分别类似于图12的第一光电转换元件PE14、第二光电转换元件PE24和第三光电转换元件PE34。第一光电转换元件PE15可以包括第一量子点层QL15和第一半导体层SL15，第二光电转换元件PE25可以包括第二量子点层QL25和第二半导体层SL25，第三光电转换元件PE35可以包括第三量子点层QL35和第三半导体层SL35。虽然未示出，每个光电转换元件PE15、PE25和PE35可以还包括接触与其对应的每个光敏层PA15、PA25和PA35的两个电极。此外，光电器件可以还包括用于将电场施加到光敏层PA15、PA25和PA35的至少一个的至少一个栅电极。
第一光电转换元件PE15可以配置为吸收并由此探测对应于红色(R)、绿色(G)、蓝色(B)和红外(IR)光中任意一个的光，第二光电转换元件PE25可以配置为吸收并由此探测对应于R、G、B和IR光中另一个的光，第三光电转换元件PE35可以配置为吸收并由此探测对应于R、G、B和IR光中的再一个的光。例如，图13的结构可以是一个RGB像素。
根据本示范性实施方式，由于光电转换元件PE15、PE25和PE35在竖直方向上被层叠，所以与图11和12的情况比较，对应于一个像素的区域的宽度可以减小为大约1/3或更小。当图11和12的结构被称为包括子像素水平阵列时，图13的结构可以构成一个像素而没有这样的子像素水平阵列。在这点上，图13的结构可以被称为无子像素结构，即，没有子像素的结构。图13的结构可以是无子像素结构同时是无滤色器结构。此外，图13的结构可以被称为多波长或多波带(例如，RGB)无子像素结构。
如参考图12和13所描述，根据示范性实施方式，可以实现以有源方式在某个波长的光上进行光电转换而没有滤色器的光电器件。因此，可以在根本上防止由使用滤色器所引起的各种限制和问题。例如，可以容易地实现具有高集成度和分辨率的器件，而没有由光交叉或光散射所引起的问题。此外，由于多个光电转换元件(例如，图13的PE15、PE25和PE35)可具有优良的透光率，所以具有图13的无子像素结构的光电器件可以通过在竖直方向上层叠光电转换元件来实现。在此情况下，对应于一个像素的光电器件的宽度可以大大减小。
此外，根据示范性实施方式的光电器件可具有高响应度、高光电导增益和高灵敏度。例如，根据示范性实施方式的光电器件可具有大约几千或更大、或者10000或更大的光电导增益。这可以大约几十倍或大约100倍地高于现有的光电二极管的光电导增益(大约1至大约100)。因此，即使当光电器件的尺寸减小时，也可以获得高光学增益，并且可以容易地实现高集成度和分辨率。此外，由于不需要使用单独的放大器件(放大晶体管)，所以驱动单元或其他外围电路单元中的器件的尺寸和数目可以减小并且其填充因子可以增大。
此外，当根据示范性实施方式的光电器件应用于照相机图像传感器时，由于光电器件的性能优良，所以透镜系统可以被容易地设计并进行有关色像差校正等的处理。因此，用于透镜系统中的透镜的数目可以减小并且因此可以减小照相机的尺寸。此外，透镜系统的焦距、视角和/或线路总长(total tracklength，TTL)可以容易地控制和改善。
此外，根据示范性实施方式的光电器件可具有优良的光谱性能、高光谱效率和优良的波长选择性。另外，由于其吸收波长范围可以通过调节量子点的材料成分和/或尺寸来容易地控制，所以光电器件和包括其的电子装置的特性可以容易地控制并且其性能可以容易地提高。
图14是示出在根据示范性实施方式的光电器件中可以使用的不同的量子点层的吸收光谱的曲线图。图14示出关于配置为吸收红色(R)光的红色量子点(QD)层、配置为吸收绿色(G)光的绿色QD层、以及配置为吸收蓝色(B)光的蓝色QD层中每个的吸收光谱。
参考图14，可以看出红色QD层对于大约550nm至大约570nm波长具有相对高的吸收率并且对于大约600nm或更大波长几乎不具有吸收率。此外，可以看出绿色QD层对于大约500nm至大约520nm波长具有相对高的吸收率并且对于大约540nm或更大的波长几乎不具有吸收率。此外，可以看出蓝色QD层对于大约430nm至大约450nm波长具有相对高的吸收率并且对于大约450nm或更大的波长几乎不具有吸收率。由此，可以识别每个量子点层(红色QD层、绿色QD层或蓝色QD层)的吸收波长选择性。
量子点层(红色QD层、绿色QD层或蓝色QD层)可以用作优良的截止滤色器，并且其吸收波长范围可以通过调节量子点的材料成分和/或尺寸而容易地控制。在现有滤色器的情况中，R/G/B吸收光谱的最高点(100％)和最低点(0％)之间的转换宽度大到大约50nm至大约100nm，并且在R/G/B吸收光谱的峰值之间存在重叠部分。然而，在量子点层的情况下，吸收光谱的转换宽度小到大约30nm至大约50nm，并且可具有优良的截止功能。例如，在蓝色量子点(QD)层的情况下，由于其吸收率从大约440nm减小并在大约470nm处变为大约0，所以其转换宽度可以被认为是大约30nm。此外，在现有滤色器的情况下，吸收波长范围控制是不容易的。然而，在量子点层的情况下，吸收波长范围可以通过调节量子点的材料成分和/或尺寸来容易地控制。因此，在使用各种示范性实施方式中的量子点层的情况下，可以确保优良的光谱性能和高光谱效率，并且可以容易地控制其光谱性能。
图15A和15B是示出根据示范性实施方式的光电晶体管的电路图。
图15A是根据示范性实施方式的绿色量子点光电晶体管G-QD Tr，即，用于吸收并由此探测绿色(G)光的光电晶体管的电路图。图15B是根据另一示范性实施方式的红色量子点光电晶体管R-QD Tr，即，用于吸收并由此探测红色(R)光的光电晶体管的电路图。在没有光入射在图15的光电晶体管G-QD Tr或R-QD Tr上的状态下，光电晶体管G-QD Tr或R-QD Tr的栅极电压Vg-漏极电流Id特性被评价，此外，在光L1入射在光电晶体管上的状态下，其栅极电压Vg-漏极电流Id特性被评价。其结果在图16中示出。
参考图16，可以看出在用大约570nm波长的光辐照红色量子点光电晶体管R-QD Tr的情况中，与示出在“暗”状态下的光电晶体管的曲线比较，曲线变化很大。另一方面，可以看出在用大约570nm波长的光辐照绿色量子点光电晶体管G-QD Tr的情况中，与示出在“暗”状态下的光电晶体管的曲线比较，曲线几乎没有变化。这意味着仅红色量子点光电晶体管R-QD Tr响应于具有大约570nm波长的光，而绿色量子点光电晶体管G-QD Tr不响应于具有大约570nm波长的光。此结果表现出根据示范性实施方式的光电晶体管G-QD Tr和R-QD Tr的波长选择性。图16中示出的四个箭头表示对应于图18和19中采用的一些栅极电压Vg的点，这将在后面描述。
反相电路可以通过使用图15中示出的两个光电晶体管G-QD Tr和R-QDTr来构造，光电晶体管G-QD Tr和R-QD Tr的波长选择性可以利用反相电路来检验。这将在下文参考图17至19更详细地描述。
图17是示出包括图15的两个光电晶体管G-QD Tr和R-QD Tr的反相电路的电路图。
参考图17，绿色量子点光电晶体管(以下称为“第一晶体管”)G-QD Tr和红色量子点光电晶体管(以下称为“第二晶体管”)R-QD Tr可以连接到彼此以构造反相电路。第一晶体管G-QD Tr的源电极S1和第二晶体管R-QDTr的漏电极D2可以连接到彼此。第一晶体管G-QD Tr的源电极S1和第二晶体管R-QD Tr的漏电极D2可以共同连接到输出端子Vout。第一晶体管G-QD Tr的漏电极D1可以连接到供电电压VDD。第二晶体管R-QD Tr的源电极S2可以连接到接地端子GND。第一栅极电压Vg1可以施加到第一晶体管G-QD Tr的栅电极G1，第二栅极电压Vg2可以施加到第二晶体管R-QD Tr的栅电极G2。
光L1可以辐照到第一晶体管G-QD Tr和第二晶体管R-QD Tr上。光L1可具有与图16中采用的相同的波长，即，大约570nm波长。在第一晶体管G-QD Tr和第二晶体管R-QD Tr当中仅第二晶体管R-QD Tr可以被光L1选择性地改变。这可以与参考图16描述的相同。因此，输出端子Vout的信号可以根据光L1是否被辐照而改变。当光L1被辐照时，输出端子Vout的信号(即，输出信号)可以处于低电平；当光L1没有辐照时，输出信号可以处于高电平。当光L1被称为输入信号时，在输入信号处于高电平时输出信号可以处于低电平；在输入信号处于低电平时输出信号可以处于高电平。因此，图17的电路可以运行作为反相器。
图18是曲线图，示出在交替地重复辐照光L1到图17的反相电路上的操作和不辐照光L1到其上的操作的同时测量输出信号的电压(输出电压)的变化的结果。在此使用的光L1具有大约570nm的波长。第一栅极电压Vg1为大约12V，第二栅极电压Vg2为大约10V。
参考图18，在光L1被辐照的开(ON)操作中测量到低电平的输出电压Vout，在光L1没有辐照的关(OFF)操作中测量到高电平的输出电压Vout。这可以在第二晶体管R-QD Tr的特性根据光L1是否被辐照而被选择性地改变时产生。
图19是曲线图，示出在光入射到图17的反相电路上的情况和光不入射到其上的情况中导通和截止第二晶体管R-QD Tr的栅极电压(即，第二栅极电压)Vg2的同时测量输出信号(输出电压)的变化的结果。在此使用的光L1具有大约570nm的波长。第一栅极电压Vg1为大约12V，并且第二栅极电压Vg2在大约20V(导通)和大约0V(截止)之间被导通和截止。
参考图19，可以看出反相器工作特性根据第二栅极电压Vg2的导通和截止而产生，即使在光L1没有辐照的“暗”状态下。可见，在辐照光L1的状态下，反相器工作特性在与“暗”状态不同的电压电平处发生。在光L1没有辐照的情况(光Off)(即，“暗”)和光L1被辐照(光On)的情况之间的电压电平差(即，ΔV)可以通过第二晶体管R-QD Tr的由光L1导致的特性改变而引起。ΔV可以对应于图18的“光ON”状态和“光OFF”状态之间的电压电平差。
从图18和19的结果可知，根据示范性实施方式的光电晶体管(图15和17的G-QD Tr和R-QD Tr)的波长选择性可以被识别。
图20是示出根据另一个示范性实施方式的具有层叠结构的光电器件的截面图。本示范性实施方式示出参考图13描述的光电器件的具体示例。
参考图20，多个光电转换元件(在下文也被称为“光电元件”)可以层叠在基板SUB16上。光电元件可以包括例如第一光电元件PE16、第二光电元件PE26和第三光电元件PE36。第一至第三光电元件PE16、PE26和PE36可以分别类似于参考图13描述的第一至第三光电转换元件PE15、PE25和PE35。第一光电元件PE16的第一光敏层PA16可以包括第一量子点层QL16和第一半导体层SL16，第二光电元件PE26的第二光敏层PA26可以包括第二量子点层QL26和第二半导体层SL26，第三光电元件PE36的第三光敏层PA36可以包括第三量子点层QL36和第三半导体层SL36。虽然第一量子点层QL16、第二量子点层QL26和第三量子点层QL36示出为分别被嵌入在第一半导体层SL16、第二半导体层SL26和第三半导体层SL36中，但是这仅是示范性的并且非嵌入结构也是可能的。此外，光电元件PE16/PE26/PE36可以包括接触与其对应的光敏层PA16、PA26、PA36的不同区域的两个电极E16和E26、E36和E46、以及E56和E66。接触第一光敏层PA16的两个电极E16和E26将分别被称为第一电极E16和第二电极E26，接触第二光敏层PA26的两个电极E36和E46将分别被称为第三电极E36和第四电极E46，接触第三光敏层PA36的两个电极E56和E66将分别被称为第五电极E56和第六电极E66。第一光电元件PE16可以配置为吸收并由此探测例如红色(R)光；第二光电元件PE26可以配置为吸收并由此探测例如绿色(G)光；第三光电元件PE36可以配置为吸收并由此探测例如蓝色(B)光。然而，第一至第三光电元件PE16、PE26和PE36被层叠的顺序可以根据其他示范性实施方式而改变。
本示范性实施方式的光电器件可以还包括用于将电场施加到光电元件PE16、PE26和PE36中至少一个的至少一个栅电极。例如，基板SUB16可以用作第一栅电极G16。第二栅电极G26可以进一步设置在第一光电元件PE16和第二光电元件PE26之间。第三栅电极G36可以进一步设置在第二光电元件PE26和第三光电元件PE36之间。第一绝缘层N16可以设置在第一栅电极G16和第一光电元件PE16之间，并可以用作第一栅绝缘层GI16。第(2-1)绝缘层N26-1和第(2-2)绝缘层N26-2可以设置在第一光电元件PE16和第二光电元件PE26之间，并且第二栅电极G26可以设置在其间。第(3-1)绝缘层N36-1和第(3-2)绝缘层N36-2可以设置在第二光电元件PE26和第三光电元件PE36之间，并且第三栅电极G36可以设置在其间。第(2-2)绝缘层N26-2可以被称为第二栅绝缘层GI26，第(3-2)绝缘层N36-2可以被称为第三栅绝缘层GI36。虽然第(2-1)绝缘层N26-1和第(2-2)绝缘层N26-2被示出为具有相同的厚度，但是它们可具有不同的厚度。例如，第(2-2)绝缘层N26-2可以比第(2-1)绝缘层N26-1薄。此外，虽然第(3-1)绝缘层N36-1和第(3-2)绝缘层N36-2示出为具有相同的厚度，但是它们可具有不同的厚度。例如，第(3-2)绝缘层N36-2可以比第(3-1)绝缘层N36-1薄。第(2-1)绝缘层N26-1、第(2-2)绝缘层N26-2、第(3-1)绝缘层N36-1、以及第(3-2)绝缘层N36-2可以形成为包括例如透明绝缘材料(诸如，硅氧化物或硅氮化物)、任意其他介电材料、和/或透明绝缘聚合物材料。第二栅电极G26和第三栅电极G36每个可以形成为包括诸如铟锡氧化物(ITO)的透明导电氧化物(TCO)和/或任意其他透明导电材料。由于石墨烯具有优良的透光率，它也可以用作第二栅电极G26和第三栅电极G36的材料。石墨烯可具有优良的柔性，并且可以形成为具有非常小的厚度。此外，第二栅电极G26和第三栅电极G36每个可以形成为包括透明导电聚合物材料。
第一栅电极G16、第二栅电极G26和第三栅电极G36中至少一个可以被省略。可以仅使用三个栅电极G16、G26和G36中的两个或一个。作为示例，仅第一栅电极G16可以用于施加电场到第一至第三光敏层PA16、PA26和PA36。
第一至第三光敏层PA16、PA26和PA36的每个的厚度可以是大约150nm或更小，或者大约100nm或更小。例如，第一至第三光敏层PA16、PA26和PA36每个的厚度可以是大约10nm至大约100nm。设置在基板SUB16的第一绝缘层N16上的光电器件的层叠结构的总厚度可以是大约500nm或更小，大约300nm或更小，或者大约200nm或更小。层叠结构的总厚度可以根据是否包括第二栅电极G26和第三栅电极G36而改变。然而，有时，第一至第三光敏层PA16、PA26和PA36每个的厚度可以大于大约150nm；在此情况下，层叠结构的总厚度可以增加到大于大约500nm。
图21示出栅电极没有在第一光电元件PE16和第二光电元件PE26之间以及在第二光电元件PE26和第三光电元件PE36之间使用的情况。如图21所示，第二绝缘层N26可以设置在第一光电元件PE16和第二光电元件PE26之间，第三绝缘层N36可以设置在第二光电元件PE26和第三光电元件PE36之间。必要时，基板SUB16可以用作栅电极。
在图20和21中，第一光电元件PE16、第二光电元件PE26和第三光电元件PE36可以分别对应于红色(R)光、绿色(G)光和蓝色(B)光。即，其层叠结构可具有从基板SUB16起的R/G/B顺序。此层叠顺序可以基于用于光吸收的能带隙的大小。用于光吸收的能带隙可以随着R→G→B元件(QD)增大。因此，如果光从图20和21的层叠结构的上方入射，当在基板SUB16上的布置具有R/G/B顺序时，其光吸收效率可以最大化并且其光穿透效率也可以最大化。
然而，R/G/B的布置顺序可以根据其他示范性实施方式而改变。例如，基于其响应度水平，光电元件PE16、PE26和PE36可以按B/R/G顺序布置在基板SUB16上。其示例在图22中示出。
参考图22，第一光电元件PE17可以配置为吸收并由此探测蓝色(B)光，第二光电元件PE27可以配置为吸收并由此探测红色(R)光，第三光电元件PE37可以配置为吸收并由此探测绿色(G)光。即，图22的光电器件可以包括按B/R/G顺序布置在基板SUB17上的元件PE17、PE27和PE37。在此情况下，基板SUB17可以用作栅电极G17，设置在栅电极G17和第一光电元件PE17之间的第一绝缘层N17可以是栅绝缘层GI17。
其光响应度可以随着B→R→G元件(QD)增大。即，对应于蓝色(B)光的第一光电元件PE17可具有相对低的响应度，对应于红色(R)光的第二光电元件PE27可具有中等的响应度，对应于绿色(G)光的第三光电元件PE37可具有最高响应度(见图27)。当栅电极G17用来施加电场到第一至第三光电元件PE17、PE27和PE37时，电场的强度可以随远离栅电极G17减小。因此，当光电元件PE17、PE27和PE37设置为远离栅电极G17而增大其响应度时，可以获得对于栅极场的影响变化的补偿效应。为此，光电元件PE17、PE27和PE37可以以响应度的升序，即，按B/R/G顺序设置在基板SUB17上。在图22中，PA17、PA27、PA37、QL17、QL27、QL37、SL17、SL27和SL37分别表示第一光敏层、第二光敏层、第三光敏层、第一量子点层、第二量子点层、第三量子点层、第一半导体层、第二半导体层和第三半导体层。此外，E17、E27、E37、E47、E57和E67分别表示第一至第六电极，N27和N37分别表示第二和第三绝缘层。
图23是示出根据另一示范性实施方式的光电器件的截面图。
参考图23，第一光电元件PE18、第二光电元件PE28和第三光电元件PE38可以顺序地层叠在基板SUB18上。例如，第一光电元件PE18可以配置为吸收并由此探测蓝色(B)光，第二光电元件PE28可以配置为吸收并由此探测红色(R)光，第三光电元件PE38可以配置为吸收并由此探测绿色(G)光。第一至第三光电元件PE18、PE28和PE38中至少两个可具有不同的宽度。例如，第一光电元件PE18可具有第一宽度，第二光电元件PE28可具有小于第一宽度的第二宽度，第三光电元件PE38可具有小于第二宽度的第三宽度。即，其宽度可以按第一光电元件PE18、第二光电元件PE28和第三光电元件PE38的升序而减小。此宽度调整可以基于光电元件PE18、PE28和PE38的响应度水平。换句话说，光电元件PE18、PE28和PE38的宽度可以基于其响应度水平来调节。元件宽度可以随着元件响应度减小而增大。由此，可以补偿响应度差异，或可以获得其他效应。必要时，基板SUB18可以用作栅电极G18；在此情况下，第一绝缘层N18可以用作栅绝缘层GI18。在图23中，PA18、PA28、PA38、QL18、QL28、QL38、SL18、SL28和SL38分别表示第一光敏层、第二光敏层、第三光敏层、第一量子点层、第二量子点层、第三量子点层、第一半导体层、第二半导体层和第三半导体层。此外，E18、E28、E38、E48、E58和E68分别表示第一至第六电极，N28和N38分别表示第二绝缘层和第三绝缘层。
在某些情况下，在图23中，第二光电元件PE28和第三光电元件PE38可以形成为具有相同的宽度。替换地，第一光电元件PE18和第二光电元件PE28可以形成为具有相同的宽度，第三光电元件PE38可以形成为具有不同的宽度。此外，其各种其他改变可以是可能的。
图24是示出根据另一示范性实施方式的光电器件的截面图。
参考图24，光电元件PE19、PE29和PE39的宽度可以被调节并且其层叠方式可以改变。例如，第一光电元件PE19可以设置在基板SUB19上，第二和第三光电元件PE29和PE39可以设置在与第一光电元件PE19不同的区域中。因此，第一光电元件PE19可具有比第二光电元件PE29和第三光电元件PE39大的宽度。第一光电元件PE19可以配置为吸收并由此探测蓝色(B)光，第二光电元件PE29可以配置为吸收并由此探测红色(R)光，第三光电元件PE39可以配置为吸收并由此探测绿色(G)光。在图24的结构中，基于光电元件PE19、PE29和PE39的响应度水平，其宽度可以被调节并且其层叠方式可以改变。当基板SUB19用作栅电极G19时，基本上相同或相似的强度的栅极场可以施加到第二光电元件PE29和第三光电元件PE39。此外，由于图24的结构可以被称为2层的层叠结构，所以其总器件厚度可以小于3层的层叠结构。图24的结构仅是示范性的，其各种其他变形结构可以是可能的。例如，第二光电元件PE29和第三光电元件PE39可具有不同的宽度。此外，第二光电元件PE29和第三光电元件PE39的总宽度可以不同于第一光电元件PE19的宽度。此外，其各种其他变形可以是可能的。
在图24中，设置在第二光电元件PE29和第三光电元件PE39之间的第四电极E49可以是公共电极。公共电极E49可以用作公共源电极。在此情况下，公共电极E49可以接地。在图24中，PA19、PA29、PA39、QL19、QL29、QL39、SL19、SL29和SL39分别表示第一光敏层、第二光敏层、第三光敏层、第一量子点层、第二量子点层、第三量子点层、第一半导体层、第二半导体层和第三半导体层。此外，E19、E29、E39和E59分别表示第一电极、第二电极、第三电极和第五电极，N19和N29分别表示第一绝缘层和第二绝缘层。当基板SUB19用作栅电极G19时，第一绝缘层N19可以用作栅绝缘层GI19。
在图22、23和24的结构中，至少一个栅电极可以进一步设置为施加电场到光电元件(PE17、PE27和PE37；PE18、PE28和PE38；以及PE19、PE29和PE39)。至少一个栅电极可以设置在第一光电元件PE17/PE18/PE19下面，例如，在基板SUB17/SUB18/SUB19中，在第一光电元件PE17/PE18/PE19与第二光电元件PE27/PE28/PE29之间，和/或在第二光电元件PE27/PE28/PE29与第三光电元件PE37/PE38/PE39之间。此外，在某些情况下，栅电极可以设置在第三光电元件PE37/PE38/PE39上方。
另外，图20至24的光电器件可以以单片集成方式制造在基板SUB16至SUB19上。因此，图22至24的光电器件可以例如通过利用硅(Si)基半导体器件工艺容易地制造。在此情况下，上述组成层可以通过使用物理气相沉积(PVD)工艺、化学气相沉积法(CVD)工艺、原子层沉积(ALD)工艺、任意其他沉积工艺和/或任意涂覆工艺来沉积。
为了制造具有图20至24的各种结构的光电器件，多个电极(例如，图20和21的E16、E26、E36、E46、E56和E66)可以有效地设置并且其设计可以不同地改变以容易地形成连接到其的互连结构。这将在下文参考图25和26描述。
图25A和25B是示出根据另一个示范性实施方式的光电器件的图形。图25A是对应于图21的截面图，图25B是示出图25A中示出的层叠结构SS1的可能的平面结构的示例的平面图。
如图25B所示，图25A中示出的层叠结构SS1当从上方看时可具有六边形结构。第一至第六电极E16、E26、E36、E46、E56和E66可以设置在图25B的六边形结构的六个侧部分处。在此情况下，第一电极E16可以设置为面对与其成对的第二电极E26，第三电极E36可以设置为面对与其成对的第四电极E46，第五电极E56可以设置为面对与其成对的第六电极E66。第一电极E16、第三电极E36和第五电极E56可以是源电极，第二电极E26、第四电极E46和第六电极E66可以是漏电极。由于电极E16、E26、E36、E46、E56和E66设置在六边形结构的各个侧部分处，所以它们可以以这样的方式设置使得从上方看时它们不彼此重叠。因此，可以利于层堆叠和集成工艺，并且可以抑制或防止可能在电极之间发生的场屏蔽现象。
图25A示出第一电极E16、第三电极E36和第五电极E56彼此重叠，并且第二电极E26、第四电极E46和第六电极E66彼此重叠。然而，这可以仅为了描述方便。替换地，从上方看的电极E16、E26、E36、E46、E56和E66的布置可以与图25B中示出的相同。这也可以与下文将描述的图26中的相同。
图26A和26B是示出根据另一个示范性实施方式的光电器件的图形。图26A是对应于图20的截面图，图26B是示出图26A中示出的层叠结构SS2的可能的平面结构的示例的平面图。
如图26B所示，图26A中示出的层叠结构SS2从上方看可具有八边形结构。第一至第六电极E16、E26、E36、E46、E56和E66可以设置在图26B的八边形结构的八个侧部分当中的六个侧部分处。第一电极E16可以设置为面对第二电极E26，第三电极E36可以设置为面对第四电极E46，第五电极E56可以设置为面对第六电极E66。因此，当从上方看时，电极E16、E26、E36、E46、E56和E66可以设置为不彼此重叠。
另外，彼此面对的两个栅极接触部分GC26和GC36可以设置在图26B的八边形结构的八个侧部分当中的其余两个侧部分处。第二栅极接触部分GC26可以提供用于电连接到第二栅电极G26，第三栅极接触部分GC36可以提供用于电连接到第三栅电极G36。可以根据是否包括第二栅电极G26和第三栅电极G36来确定是否包括第二栅极接触部分GC26和第三栅极接触部分GC36。因此，第二栅极接触部分GC26和第三栅极接触部分GC36中至少一个可以被省略。第二栅极接触部分GC26和第三栅极接触部分GC36可以形成为分别接触八边形结构的两个侧部分，或者可以分别形成在与所述两个侧部分间隔开的区域中。
图25B的六边形结构和图26B的八边形结构中每个可以被称为可能的像素形状。上文所述的像素形状和电极配置仅是示范性的并且可以根据不同的示范性实施方式而改变。例如，像素可具有不同的形状，诸如，除六边形和八边形之外还有三角形、四边形和五边形，并且至少两个电极可以设置为在竖直方向上彼此交叠。此外，至少一些电极可以电连接到彼此。例如，当第一电极E16、第三电极E36和第五电极E56用作源电极时，它们可以电连接到彼此。在此情况下，第二电极E26、第四电极E46和第六电极E66可以是漏电极，并且它们可以独立地接收施加的电信号而没有连接到彼此。
图27和28是曲线图，示出相对于根据示范性实施方式的多个光电转换元件的栅极电压Vg而在光响应度上的变化。图27示出基于具有大约403nm波长的光的测量结果，图28示出基于具有大约487nm波长的光的测量结果。图27和28的两个测量结果都包括关于以下的测量结果：配置为吸收并由此探测红色(R)光的光电晶体管R-QD Tr、配置为吸收并由此探测绿色(G)光的光电晶体管G-QD Tr、以及配置为吸收并由此探测蓝色(B)光的光电晶体管B-QD Tr。
参考图27，可以看出，光电元件的响应度趋向于随着栅极电压Vg增大而增大。根据栅极电压Vg，红色光电元件R-QD Tr、绿色光电元件G-QD Tr和蓝色光电元件B-QD Tr的每个的响应度可以高达大约5000A/W或更大，或者大约10000A/W或更大。可见，绿色光电元件G-QD Tr的响应度相对高并且蓝色光电元件B-QD Tr的响应度相对低。此外，可以看出红色光电元件R-QD Tr的响应度低于绿色光电元件G-QD Tr的响应度并且高于蓝色光电元件B-QDTr的响应度。
参考图28，可以看出，当通过使用具有大约487nm波长的光进行测量时蓝色光电元件B-QD Tr的响应度减小。由于蓝色光电元件B-QD Tr很难吸收具有大约470nm或更大波长的光(见图14)，所以它会很难响应于在本测量中采用的具有大约487nm波长的光。为此，蓝色光电元件B-QD Tr的响应度可以是低的。可以看出，绿色光电元件G-QD Tr的响应度和红色光电元件R-QD Tr的响应度在低于图27的对应值的同时是很高的。
图29是示出根据比较例的光电转换元件的光响应度的变化的曲线图。图29的第一曲线GG1示出硅(Si)基第一光电探测器的结果，图29的第二曲线GG2示出硅基第二光电探测器的结果，图29的第三曲线GG3示出InGaAs基第三光电探测器的结果。
参考图29，可以看出Si基光电探测器(第一和第二光电探测器)和InGaAs基光电探测器(第三光电探测器)具有大约1A/W至大约100A/W的响应度。与根据参考图27和28描述的示范性实施方式的光电转换元件的响应度比较，这可以是非常低的。由此可以看出，根据示范性实施方式可以实现具有显著高于现有光电探测器的响应度的光电转换元件。
图30是曲线图，示出关于入射在根据示范性实施方式的光电元件上的光的波长的变化而在光响应度上的变化。本示范性实施方式的光电元件是包括红色(R)量子点层的光电元件。在此，红色(R)量子点层具有四层(4L)结构，即，其中包括量子点的单层被层叠四次的结构。参考图30，可以看出响应度趋向于在大于大约570nm的波长范围中显著地降低。
图31是曲线图，示出关于入射在根据另一示范性实施方式的光电元件上的光的波长的变化而在光响应度上的变化。本示范性实施方式的光电元件是包括绿色(G)量子点层的光电元件。在此，绿色(G)量子点层具有六层(6L)结构。参考图31，可以看出响应度在大约500nm至大约520nm波长处相对高，并且在大于所述波长的波长范围中降低。
图32是曲线图，示出关于入射在根据另一示范性实施方式的光电元件上的光的波长的变化而在光响应度上的变化。本示范性实施方式的光电元件是包括蓝色(B)量子点层的光电元件。在此，蓝色(B)量子点层具有六层(6L)结构。参考图32，可以看出响应度在大约440nm波长处相对高，并且在大于所述波长的波长范围中大大降低。
图30至32的结果可以对应于图14的吸收光谱数据。从图30至32和图14的结果可以看出，可适用于根据示范性实施方式的光电元件的量子点层可以用作一种截止滤色器。
图33是曲线图，示出关于在具有图2的结构的光电器件中量子点层的厚度(层数)而在光响应度上的变化。在此情况下，光敏层具有SIZO/QD(红色)/SIZO结构。关于0.1L、0.5L、1L、2L、4L和6L量子点(QD)层的厚度(层数)测量响应度。在此，1L表示其中量子点构成单层的情况，2L表示其中量子点构成双层的情况，4L/6L表示其中由量子点构成的单层被层叠四次/六次的情况。此外，0.5L表示其中在单层中量子点的形成密度减小到大约50％的情况，0.1L表示其中在单层中量子点的形成密度减小到大约10％的情况。为了比较，在不使用量子点(QD)层(即，没有QD)的情况下测量响应度。用于响应度测量的光具有大约487nm波长。
参考图33，可以看出在没有使用量子点(QD)层(即，没有QD)的情况下的响应度最低为大约0A/W，在使用对应于1L(即，单层)的量子点(QD)层的情况下的响应度是最高的。
图34是曲线图，示出关于量子点(QD)层的厚度(层数)而在光响应度上的变化，其从图33的数据获得。图34的结果对应于图33的结果。参考图34，在使用对应于1L(即，单层)的量子点(QD)层的情况下响应度可以是最高的，当量子点(QD)层的厚度(层数)增大或减小时其响应度可以趋向于减小。然而，这仅是具体的示范性实施方式的结果，不同的结果可以发生在根据其他示范性实施方式的光电器件中。
图35A、35B和35C是示出关于图33和34讨论的量子点(QD)层的厚度(层数)的概念的截面图。图35A示出0.5L量子点层QD-0.5L，图35B示出1L量子点层QD-1L，图35C示出2L量子点层QD-2L。在图35A、35B和35C中，UL1表示量子点层QD-0.5L、QD-1L或QD-2L形成在其上的下层。下层UL1可以例如对应于图2的下部半导体层SL10a。
图36是曲线图，示出可以应用于根据示范性实施方式的电子器件的氧化物半导体层的透射率(％)的测量结果。在此，将被测量的氧化物半导体层是SIZO层并且具有大约40nm厚度。
参考图36，可以看出，关于具有大约380nm或更大波长的光(即，可见光和具有更大波长的光)，氧化物半导体层(SIZO层)的透射率高达大约100％。
图37是曲线图，示出可以在根据另一个示范性实施方式的电子器件中使用的半导体层/量子点层结构的透射率(％)的测量结果。在此，半导体层是SIZO层并且具有大约40nm厚度。量子点层是具有单层结构的红色(R)、绿色(G)或蓝色(B)量子点层。即，关于SIZO/QD(R,1L)结构、SIZO/QD(G,1L)结构、和SIZO/QD(B,1L)结构测量透射率。此外，图37的结果也包括图36的结果，即，关于具有大约40nm厚度的SIZO层的透射率测量结果。
参考图37，可以看出，关于具有大约380nm或更大波长的光(即，可见光和具有更大波长的光)，半导体层(SIZO层)/量子点层(QD层)的透射率高达大约95％或更大。
图38是曲线图，示出可以在根据另一个示范性实施方式的电子器件中使用的下部半导体层/量子点层/上部半导体层结构的透射率(％)的测量结果。在此，下部半导体层是具有大约40nm厚度的SIZO层，上部半导体层是具有大约20nm厚度的SIZO层。量子点层是具有单层结构的红色(R)、绿色(G)或蓝色(B)量子点层。即，关于SIZO(40nm)/QD(R,1L)/SIZO(20nm)结构、SIZO(40nm)/QD(G,1L)/SIZO(20nm)结构、和SIZO(40nm)/QD(B,1L)/SIZO(20nm)结构测量透射率。
参考图38，可以看出，关于具有大约380nm或更大波长的光(即，可见光和红外光)，半导体层(SIZO层)/量子点层(QD层)/半导体层(SIZO层)的透射率高达大约90％或更大。
从图36至38的结果可以看出，通过使用半导体层/量子点层结构或半导体层/量子点层/半导体层结构形成的光敏层可具有很高的透射率。因此，即使当图20至26中示出的光电器件通过层叠包括光敏层的多个光电元件(例如，R/G/B光电元件)来制造时，也可以容易地进行单独的光吸收和检测而在其间几乎没有光阻挡或妨碍。此外，每个光电元件可以在透明器件中使用，包括多个光电元件的光电器件也可以在透明器件中使用。
图39是曲线图，示出根据示范性实施方式的包括绿色(G)量子点层的器件的栅极电压Vg-漏极电流Id传输曲线。在此，图39的点A、B和C是分别具有大约-17V、大约-12V、和大约10V栅极电压Vg的点，其Id水平分别为大约50pA、大约6nA和大约2μA。
图40是曲线图，示出当图39的器件的Vg为大约-17V、大约-12V和大约10V时噪声电流的测量结果。图40的A、B和C分别是对应于图39的A、B和C的曲线。在图40的测量中，源漏电压“Vsd”是大约5V。噪声电平在大约10Hz至大约1000Hz的频率范围中被测量。可以看出，噪声电流水平随着Id水平增大(即，A→B→C)而增大。在本曲线中，A和B的锐锋是60Hz噪声，其在噪声电平大体减小时发生。噪声随着器件的电流水平(即，Id水平)增大而增大的事实可以与对应于器件噪声的理论最小值的散粒噪声(shot noise)随着电流水平增大而增大的事实有关。
图41是曲线图，示出当图39的器件的Vg为大约-17V、大约-12V和大约10V时在光响应度上的频率依赖的变化。在此情况下，Vsd为大约5V，如同在噪声测量中。在通过403nm激光提供光输入的同时，依赖输入频率的响应度在大约2Hz至大约100Hz期间被测量。
图42是曲线图，示出由图40的噪声值和图41的响应度值计算的器件的探测率。当Vg＝-17V，Vsd＝5V时，在本示范性实施方式中测量的器件的最大探测率值为在大约20Hz处的大约8.1×1013琼斯(Jones)。此值比在QD光电探测系统中已知的最大探测率值7.0×1013琼斯高大约16％。此外，该值大约4倍或更多倍地高于通常在不同的光电探测器件中使用的商品化的硅光电二极管的探测率值。
根据不同的示范性实施方式的光电器件可具有优良的性能。例如，根据示范性实施方式的光电器件可具有高响应度、高探测率和低噪声等效功率(NEP)值。更具体地，包括对应于红色(R)光的量子点的光电器件可具有大约5000A/W至大约10000A/W的响应度，包括对应于绿色(G)光的量子点的光电器件可具有大约10000A/W至大约15000A/W的响应度，包括对应于蓝色(B)光的量子点的光电器件可具有大约2000A/W至大约6000A/W的响应度，以及包括对应于红外(IR)光的量子点的光电器件可具有大约5000A/W或更大的响应度。在此，术语红外(IR)光可以用于指近红外(NIR)光。此外，根据示范性实施方式的光电器件可具有大约8×1013琼斯的高探测率和大约1×10-15瓦特的低NEP值。考虑到现有技术的Si光电探测器具有大约1A/W至大约100A/W的响应度、大约2×1013琼斯的探测率、和大约2×10-11瓦特的NEP值，根据示范性实施方式的光电器件可具有相对优良的性能。然而，上述响应度、探测率和NEP值范围仅是示范性的并且可以根据器件的结构以及半导体层和量子点层的材料/构造而改变。
图43A和43B是示出用于通过使用根据示范性实施方式的包括多个光电转换元件的光电器件来执行光电探测的算法的示例的图形。图43A是与图14的吸收光谱相同的曲线图，图43B是示出算法的示例的图形。图43A是用于描述图43B的参考图。
参考图43A和43B，多个光电元件可以包括用于吸收并由此探测红色(R)光的光电元件(以下称为“R光电元件”)、用于吸收并由此探测绿色(G)光的光电元件(以下称为“G光电元件”)、和用于吸收并由此探测蓝色(B)光的光电元件(以下称为“B光电元件”)。红色(R)光、绿色(G)光和蓝色(B)光可以辐照到光电元件上。由于红色(R)光可以仅被R光电元件吸收，所以它可以仅诱发由R光电元件引起的信号(R信号)。由于绿色(G)光可以被G光电元件和R光电元件吸收，所以它可以诱发由G光电元件引起的信号(G信号)和由R光电元件引起的R信号。由于蓝色(B)光可以被B光电元件、G光电元件和R光电元件吸收，所以它可以诱发由B光电元件引起的信号(B信号)、由G光电元件引起的G信号和由R光电元件引起的R信号。因此，当仅探测到由R光电元件引起的R信号时，辐照光可以被认为是红色(R)光。当由G光电元件引起的G信号和由R光电元件引起的R信号被探测到而由B光电元件引起的B信号没有被探测到时，辐照的光可以被认为是绿色(G)光。此外，当由B光电元件引起的B信号、由G光电元件引起的G信号、和由R光电元件引起的R信号均被探测到时，辐照的光可以被认为是蓝色(B)光。以此方式，辐照的光的波长可以通过使用简单算法来区别。此外，不同的探测算法可以通过利用响应信号比(response signal ratio)和/或有关R、G和B光电元件是否响应于其的信息来产生。因此，白色光、多个颜色光等可以被探测和识别。
虽然图20至26主要示出包括三个光电转换元件的光电器件，但是示范性实施方式不限于此并可以不同地改变。例如，包括两个光电转换元件的光电器件和包括四个或更多光电转换元件的光电器件可以根据不同的示范性实施方式实现。将参考图44和45简单描述其变形示例。
图44是示出根据另一示范性实施方式的光电器件的截面图。
参考图44，第一和第二光电转换元件(以下称为光电元件)PE110和PE210可以设置在基板SUB110上。第一和第二光电元件PE110和PE210可以配置为吸收并由此探测不同波长带的光。第一绝缘层N110可以设置在基板SUB110上，第一光电元件PE110可以设置在第一绝缘层N110上。第二光电元件PE210可以设置在第一光电元件PE110上。第二绝缘层N210可以设置在第一光电元件PE110和第二光电元件PE210之间。
第一光电元件PE110可以包括第一光敏层PA110，第一光敏层PA110可以包括第一量子点层QL110和第一半导体层SL110。第一量子点层QL110可以嵌入第一半导体层SL110中。第一光电元件PE110可以包括分别接触第一光敏层PA110的不同区域的第一电极E110和第二电极E210。第二光电元件PE210可以包括第二光敏层PA210，第二光敏层PA210可以包括第二量子点层QL210和第二半导体层SL210。第二量子点层QL210可以嵌入第二半导体层SL210中。第二光电元件PE210可以包括分别接触第二光敏层PA210的不同区域的第三电极E310和第四电极E410。
至少基板SUB18可以用作栅电极；在此情况下，第一绝缘层N110可以用作栅绝缘层。此外，在某些情况下，栅电极可以设置在第一光电元件PE110和第二光电元件PE210之间和/或在第二光电元件PE210上方。
图45是示出根据另一个示范性实施方式的光电器件的截面图。
参考图45，第一至第四光电转换元件(以下称为光电元件)PE120、PE220、PE320和PE420可以设置在基板SUB120上。第一至第四光电元件PE120、PE220、PE320和PE420可以顺序地层叠在基板SUB120的一侧上。第一绝缘层N120可以设置在基板SUB120和第一光电元件PE120之间，第二绝缘层N220可以设置在第一光电元件PE120和第二光电元件PE220之间，第三绝缘层N320可以设置在第二光电元件PE220和第三光电元件PE320之间，以及第四绝缘层N420可以设置在第三光电元件PE320和第四光电元件PE420之间。
第一光电元件PE120可以包括第一光敏层PA120，第一光敏层PA120可以包括第一量子点层QL120和第一半导体层SL120。第一量子点层QL120可以嵌入在第一半导体层SL120中。第一光电元件PE120可以包括接触第一光敏层PA120的第一电极E120和第二电极E220。第二光电元件PE220可以包括第二光敏层PA220，第二光敏层PA220可以包括第二量子点层QL220和第二半导体层SL220。第二量子点层QL220可以嵌入在第二半导体层SL220中。第二光电元件PE220可以包括接触第二光敏层PA220的第三电极E320和第四电极E420。第三光电元件PE320可以包括第三光敏层PA320，第三光敏层PA320可以包括第三量子点层QL320和第三半导体层SL320。第三量子点层QL320可以嵌入在第三半导体层SL320中。第三光电元件PE320可以包括接触第三光敏层PA320的第五电极E520和第六电极E620。第四光电元件PE420可以包括第四光敏层PA420，第四光敏层PA420可以包括第四量子点层QL420和第四半导体层SL420。第四量子点层QL420可以嵌入在第四半导体层SL420中。第四光电元件PE420可以包括接触第四光敏层PA420的第七电极E720和第八电极E820。
第一光电元件PE120可以配置为吸收并由此探测对应于红色(R)、绿色(G)、蓝色(B)和红外(IR)光中任意一个的光，第二光电元件PE220可以配置为吸收并由此探测对应于R、G、B和IR光中另一个的光，第三光电元件PE320可以配置为吸收并由此探测对应于R、G、B和IR光中的再一个的光，以及第四光电元件PE420可以配置为吸收并由此探测对应于R、G、B和IR光中又一个的光。然而，这仅是示范性的；通过相应的光电元件PE120、PE220、PE320和PE420吸收并由此探测的光的波长带和/或光电元件PE120、PE220、PE320和PE420的设置顺序可以根据不同的示范性实施方式而改变。
至少一个栅电极可以进一步设置为施加电场到第一至第四光电元件PE120、PE220、PE320和PE420。至少一个栅电极可以设置在以下位置中的至少一个处：在第一光电元件PE120下面，例如在基板SUB120中；在第一光电元件PE120和第二光电元件PE220之间；在第二光电元件PE220和第三光电元件PE320之间；以及在第三光电元件PE320和第四光电元件PE420之间。此外，栅电极可以设置在第四光电元件PE420上方。此外，在某些情况下，至少一个附加的光电转换元件可以进一步层叠在第四光电元件PE420上方。
另外，根据参考图20到26、44、45等描述的不同的示范性实施方式的光电器件可以例如以如参考图1、2、7、8、9所描述的不同方式来改变。
根据上文所述的不同示范性实施方式的光电器件可以为了不同目的应用于不同的电子装置。例如，根据示范性实施方式的光电器件可以以各种传感器诸如图像传感器和光电传感器形式实现，从而被使用在不同的电子装置中，诸如，移动电话照相机和数字照相机。在此，图像传感器可以包括例如互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。此外，根据示范性实施方式的光电器件可以在光伏器件，诸如太阳能电池，或各种相似的能量器件中使用。此外，根据示范性实施方式的光电器件可以用于各种光电传感器诸如小型多频带传感器、医学光电传感器、和通用的光电传感器，诸如高集成和高性能的光电传感器中。此外，根据示范性实施方式的光电器件可以用于各种显示装置中。光电器件的构造可以根据其应用领域而改变。例如，当根据示范性实施方式的光电器件用于光电探测器件中时，量子点层可以包括大约0.1层至大约20层；当根据示范性实施方式的光电器件用于光伏器件中时，量子点层可以包括大约3层至大约1000层。此外，至少一个栅电极可以根据情况使用或不使用。另外，根据各种示范性实施方式的光电器件可以用于透明器件和/或柔性器件中。在柔性器件的情况中，它可以在聚合物或塑料基板上制造。然而，在此给出的应用领域仅是示范性的，根据示范性实施方式的光电器件也可以用于可以使用将光能转变为电能的器件的任意其他领域中。
另外，虽然上述各种示范性实施方式主要示出和描述了在其中光电器件通过使用量子点层和接触量子点层的半导体层来实现的情况，但是量子点层可以用不同的材料层替换。例如，在纳米结构层通过使用纳米颗粒、纳米线或纳米管代替量子点形成之后，可以应用纳米结构层，代替量子点层。在此，纳米颗粒、纳米线和纳米管可以由半导体或导体(例如，金属)形成。此外，半导体层可以包括非氧化物半导体，即，不是氧化物半导体的半导体。此外，半导体层可以包括氧化物半导体和非氧化物半导体两者。例如，非氧化物半导体可以包括III-V族基半导体，诸如GaN。另外，其材料和结构可以以各种方式改变。
虽然上文已经描述了许多细节，但是它们不旨在限制发明构思的范围，而是应该解释为示范性实施方式的示范性方面。例如，本领域的普通技术人员将理解图1至3、7至9、12、13、20至26、44和45的器件结构可以不同地改变。例如，本领域的普通技术人员将理解，电极(例如，图1的E1和E2以及图2的E10和E20)的形状和形成位置可以不同地改变，并且量子点层(例如，图1的QL1和图2的QL10)和半导体层(例如，图1的SL1和图2的SL10)的材料和构造可以不同地改变。另外，本领域的普通技术人员将理解根据示范性实施方式的光电元件可以用在各种电子装置中，用于各种目的。因此，发明构思的范围应该不由描述的示范性实施方式限定，而是通过权利要求书做描述的技术精神和范围来限定。
应当理解，在此描述的示范实施方式应当仅以描述的意思理解，而不为限制的目的。对于每个示范性实施方式内的特征或方面的描述应该典型地被认为是可用于其他示范实施方式中的其他相似的特征或方面。
虽然已经参考附图描述了一个或多个示范性实施方式，然而本领域的普通技术人员将理解在不脱离由权利要求所界定的精神和范围的情况下，可以作出形式和细节上的不同变化。
本申请要求于2015年9月17日向韩国专利局提交的韩国专利申请第10-2015-0131892的优先权，其全部内容通过引用结合在此。

Claims (36)

1.一种用于将光能转变成电能的光电器件，该光电器件包括：
光敏层，包括：
量子点层，配置为响应于入射到其上的光而产生电荷，和
半导体层，配置为传导由所述量子点层产生的所述电荷；
第一电极，电连接到所述半导体层的在平行于所述光敏层的方向上的第一端；和
第二电极，电连接到所述半导体层的在平行于所述光敏层的所述方向上的第二端，
其中所述半导体层包括下部半导体层和上部半导体层，所述量子点层设置在所述下部半导体层和所述上部半导体层之间，
所述光电器件还包括配置为将电场施加到所述光敏层的栅电极。
2.如权利要求1所述的光电器件，其中所述半导体层包括氧化物半导体。
3.如权利要求2所述的光电器件，其中所述氧化物半导体包括锌氧化物(ZnO)基氧化物、铟氧化物(InO)基氧化物、以及锡氧化物(SnO)基氧化物中的至少一个。
4.如权利要求2所述的光电器件，其中所述氧化物半导体包括硅铟锌氧化物(SIZO)、硅锌锡氧化物(SZTO)、锌氧化物(ZnO)、铟锌氧化物(IZO)、锌锡氧化物(ZTO)、镓铟锌氧化物(GIZO)、铪铟锌氧化物(HIZO)、铟锌锡氧化物(IZTO)、锡氧化物(SnO)、铟锡氧化物(ITO)、铟镓氧化物(IGO)、铟氧化物(InO)以及铝铟氧化物(AIO)中的至少一个。
5.如权利要求1所述的光电器件，其中所述半导体层具有3.0eV至5.0eV的能带隙。
6.如权利要求1所述的光电器件，其中所述下部半导体层的厚度不同于所述上部半导体层的厚度。
7.如权利要求1所述的光电器件，其中所述量子点层包括多个量子点，其中所述多个量子点的每个包括II-VI族基半导体、III-V族基半导体、IV-VI族基半导体、IV族基半导体和石墨烯量子点中的至少一个。
8.如权利要求1所述的光电器件，其中所述第一电极在平行于所述光敏层的所述方向上与所述第二电极间隔开。
9.如权利要求1所述的光电器件，其中
所述光电器件是光电晶体管。
10.一种电子装置，包括如权利要求1所述的光电器件。
11.一种光电器件，包括：
多个光电转换元件，每个所述光电转换元件配置为将光能转变成电能，其中
所述多个光电转换元件包括第一光电转换元件和第二光电转换元件，
其中所述第一光电转换元件包括：
第一电极、第二电极以及设置在所述第一电极和所述第二电极之间的第一光敏层，其中所述第一光敏层包括配置为响应于入射到其上的光而产生电荷的第一量子点层、和配置为传导由所述第一量子点层产生的所述电荷的第一半导体层；
其中所述第二光电转换元件包括：
第三电极、第四电极以及设置在所述第三电极和所述第四电极之间的第二光敏层，其中所述第二光敏层包括配置为响应于入射到其上的光而产生电荷的第二量子点层、和配置为传导由所述第二量子点层产生的所述电荷的第二半导体层，
其中所述第一量子点层配置为吸收在第一波长带中的光，所述第二量子点层配置为吸收在第二波长带中的光，所述第二波长带不同于所述第一波长带，
其中所述第一电极电连接到所述第一半导体层的在平行于所述第一光敏层的方向上的第一端，所述第二电极电连接到所述第一半导体层的在平行于所述第一光敏层的所述方向上的第二端，其中所述第一半导体层包括下部半导体层和上部半导体层，所述第一量子点层设置在所述下部半导体层和所述上部半导体层之间，
所述光电器件还包括至少一个栅电极，其配置为将电场施加到所述多个光电转换元件。
12.如权利要求11所述的光电器件，其中
所述多个光电转换元件还包括第三光电转换元件，
其中所述第三光电转换元件包括：
第五电极、第六电极以及设置在所述第五电极和所述第六电极之间的第三光敏层，其中所述第三光敏层包括配置为响应于入射到其上的光而产生电荷的第三量子点层、和配置为传导由所述第三量子点层产生的所述电荷的第三半导体层，
其中所述第三量子点层配置为吸收在第三波长带中的光，所述第三波长带不同于所述第一波长带和所述第二波长带。
13.如权利要求12所述的光电器件，其中
所述第一光电转换元件配置为吸收对应于红光、绿光、蓝光和红外光之一的光，
所述第二光电转换元件配置为吸收对应于红光、绿光、蓝光和红外光之一的光，和
所述第三光电转换元件配置为吸收对应于红光、绿光、蓝光和红外光之一的光。
14.如权利要求11所述的光电器件，其中所述多个光电转换元件在水平方向上彼此间隔开。
15.如权利要求11所述的光电器件，其中所述多个光电转换元件在竖直方向上层叠。
16.如权利要求11所述的光电器件，其中所述第一半导体层和所述第二半导体层中至少一个包括氧化物半导体。
17.如权利要求16所述的光电器件，其中所述氧化物半导体包括锌氧化物(ZnO)基氧化物、铟氧化物(InO)基氧化物、以及锡氧化物(SnO)基氧化物中的至少一个。
18.如权利要求16所述的光电器件，其中所述氧化物半导体包括硅铟锌氧化物(SIZO)、硅锌锡氧化物(SZTO)、锌氧化物(ZnO)、铟锌氧化物(IZO)、锌锡氧化物(ZTO)、镓铟锌氧化物(GIZO)、铪铟锌氧化物(HIZO)、铟锌锡氧化物(IZTO)、锡氧化物(SnO)、铟锡氧化物(ITO)、铟镓氧化物(IGO)、铟氧化物(InO)以及铝铟氧化物(AIO)中的至少一个。
19.如权利要求11所述的光电器件，其中所述第一半导体层和所述第二半导体层中的至少一个具有3.0eV至5.0eV的能带隙。
20.一种电子装置，包括如权利要求11所述的光电器件。
21.一种光电器件，包括：
多个光电转换元件，每个配置为将光能转变成电能，其中
所述多个光电转换元件包括第一光电转换元件、第二光电转换元件和第三光电转换元件，
其中所述第一光电转换元件包括：
第一电极、第二电极以及设置在所述第一电极和所述第二电极之间的第一光敏层，其中所述第一光敏层包括配置为响应于入射到其上的光而产生电荷的第一量子点层、和配置为传导由所述第一量子点层产生的所述电荷的第一半导体层，
其中所述第二光电转换元件包括：
第三电极、第四电极以及设置在所述第三电极和所述第四电极之间的第二光敏层，其中所述第二光敏层包括配置为响应于入射到其上的光而产生电荷的第二量子点层、和配置为传导由所述第二量子点层产生的所述电荷的第二半导体层，
其中所述第三光电转换元件包括：
第五电极、第六电极以及设置在所述第五电极和所述第六电极之间的第三光敏层，其中所述第三光敏层包括配置为响应于入射到其上的光而产生电荷的第三量子点层、和配置为传导由所述第三量子点层产生的所述电荷的第三半导体层，和
其中所述第一量子点层配置为吸收在第一波长带中的光，所述第二量子点层配置为吸收在不同于所述第一波长带的第二波长带中的光，所述第三量子点层配置为吸收在不同于所述第一波长带和所述第二波长带的第三波长带中的光，
其中所述第一电极电连接到所述第一半导体层的在平行于所述第一光敏层的方向上的第一端，所述第二电极电连接到所述第一半导体层的在平行于所述第一光敏层的所述方向上的第二端，其中所述第一半导体层包括下部半导体层和上部半导体层，所述第一量子点层设置在所述下部半导体层和所述上部半导体层之间,
所述光电器件还包括至少一个栅电极，其配置为将电场施加到所述多个光电转换元件。
22.如权利要求21所述的光电器件，还包括基板，其中所述第一至第三光电转换元件顺序地层叠在所述基板上。
23.如权利要求22所述的光电器件，所述至少一个栅电极包括以下中的至少一个：
设置在所述第一光电转换元件下面的第一栅电极；
第二栅电极，设置在所述第一光电转换元件和所述第二光电转换元件之间；和
第三栅电极，设置在所述第二光电转换元件和所述第三光电转换元件之间。
24.如权利要求22所述的光电器件，其中
所述第一光电转换元件配置为吸收对应于红光、绿光、蓝光和红外光之一的光，
所述第二光电转换元件配置为吸收对应于红光、绿光、蓝光和红外光之一的光，和
所述第三光电转换元件配置为吸收对应于红光、绿光、蓝光和红外光之一的光。
25.如权利要求24所述的光电器件，其中
所述第一光电转换元件配置为吸收所述红光，
所述第二光电转换元件配置为吸收所述绿光，和
所述第三光电转换元件配置为吸收所述蓝光。
26.如权利要求24所述的光电器件，其中
所述第一光电转换元件配置为吸收所述蓝光，
所述第二光电转换元件配置为吸收所述红光，和
所述第三光电转换元件配置为吸收所述绿光。
27.如权利要求22所述的光电器件，其中
所述第一光电转换元件具有第一宽度，
所述第二光电转换元件具有小于或等于所述第一宽度的第二宽度，和
所述第三光电转换元件具有小于或等于所述第二宽度的第三宽度。
28.如权利要求21所述的光电器件，其中
所述第二光电转换元件设置在所述第一光电转换元件的第一区上，第三光电转换元件设置在所述第一光电转换元件的不同于所述第一区的第二区上，和
所述第一光电转换元件具有大于所述第二光电转换元件和所述第三光电转换元件中任一个的宽度的宽度。
29.如权利要求28所述的光电器件，其中
所述第一光电转换元件配置为吸收蓝光，
所述第二光电转换元件配置为吸收红光，和
所述第三光电转换元件配置为吸收绿光。
30.如权利要求21所述的光电器件，其中
所述第一光电转换元件、所述第二光电转换元件和所述第三光电转换元件形成层叠结构，和
从上方看所述层叠结构具有六边形结构。
31.如权利要求30所述的光电器件，其中
所述第一电极、所述第二电极、所述第三电极、所述第四电极、所述第五电极和所述第六电极中每个设置在所述六边形结构的六个侧部中的一个处，和
所述第一电极面对所述第二电极，所述第三电极面对所述第四电极，所述第五电极面对所述第六电极。
32.如权利要求21所述的光电器件，其中
所述第一光电转换元件、所述第二光电转换元件和所述第三光电转换元件形成层叠结构，和
从上方看所述层叠结构具有八边形结构。
33.如权利要求32所述的光电器件，所述至少一个栅电极包括以下中的至少一个：
设置在所述第一光电转换元件和所述第二光电转换元件之间的栅电极和
设置在所述第二光电转换元件和所述第三光电转换元件之间的栅电极。
34.如权利要求33所述的光电器件，还包括连接到所述栅电极的至少一个栅极接触部分，其中
所述第一电极、所述第二电极、所述第三电极、所述第四电极、所述第五电极和所述第六电极中的每个设置在所述八边形结构的八个侧部中的六个侧部之一处，和
所述至少一个栅极接触部分设置在所述八边形结构的所述八个侧部中的剩余两个侧部处。
35.如权利要求21所述的光电器件，其中所述第一半导体层、所述第二半导体层和所述第三半导体层中的至少一个包括氧化物半导体。
36.一种电子装置，包括如权利要求21所述的光电器件。
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