CN110943138B - 基于干涉增强结构的胶体量子点红外焦平面阵列及制备方法 - Google Patents
基于干涉增强结构的胶体量子点红外焦平面阵列及制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110943138B CN110943138B CN201911269150.1A CN201911269150A CN110943138B CN 110943138 B CN110943138 B CN 110943138B CN 201911269150 A CN201911269150 A CN 201911269150A CN 110943138 B CN110943138 B CN 110943138B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- quantum dot
- electrode layer
- nanometers
- thickness
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000002096 quantum dot Substances 0.000 title claims abstract description 134
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title description 6
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 43
- 238000002955 isolation Methods 0.000 claims abstract description 41
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 claims abstract description 20
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 28
- 239000010408 film Substances 0.000 claims description 24
- 238000000313 electron-beam-induced deposition Methods 0.000 claims description 18
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 15
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 claims description 14
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 12
- 238000002161 passivation Methods 0.000 claims description 12
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 11
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 claims description 10
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 9
- 238000001548 drop coating Methods 0.000 claims description 8
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 claims description 8
- -1 silver ions Chemical class 0.000 claims description 8
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 7
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 claims description 6
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 claims description 6
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 6
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 6
- 239000012780 transparent material Substances 0.000 claims description 6
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 5
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 5
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims description 5
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims description 4
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 4
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L calcium difluoride Chemical compound [F-].[F-].[Ca+2] WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 3
- 229910001634 calcium fluoride Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 3
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 claims description 3
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 claims description 3
- 238000003672 processing method Methods 0.000 claims description 3
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 claims description 3
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims description 2
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 abstract description 6
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 6
- 230000004044 response Effects 0.000 abstract description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 abstract description 3
- 230000004298 light response Effects 0.000 abstract description 2
- 238000001931 thermography Methods 0.000 description 8
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 5
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 4
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 4
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 2
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 229910000661 Mercury cadmium telluride Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001215 Te alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- DGJPPCSCQOIWCP-UHFFFAOYSA-N cadmium mercury Chemical compound [Cd].[Hg] DGJPPCSCQOIWCP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000005234 chemical deposition Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000005566 electron beam evaporation Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- WPYVAWXEWQSOGY-UHFFFAOYSA-N indium antimonide Chemical compound [Sb]#[In] WPYVAWXEWQSOGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 238000005289 physical deposition Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000036632 reaction speed Effects 0.000 description 1
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- QXKXDIKCIPXUPL-UHFFFAOYSA-N sulfanylidenemercury Chemical compound [Hg]=S QXKXDIKCIPXUPL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 239000012808 vapor phase Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
- H01L31/0352—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions
- H01L31/035209—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions comprising a quantum structures
- H01L31/035218—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions comprising a quantum structures the quantum structure being quantum dots
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/0232—Optical elements or arrangements associated with the device
- H01L31/02327—Optical elements or arrangements associated with the device the optical elements being integrated or being directly associated to the device, e.g. back reflectors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
- H01L31/09—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Abstract
本发明公开了一种基于干涉增强结构的胶体量子点红外焦平面阵列，包括：量子点像素层和干涉增强结构；量子点像素层包括：公共电极层、红外量子点薄膜层、半透反电极层；干涉增强结构包括：光学隔离层、反射电极层。本发明使用新型胶体量子点作为感光材料,具有灵敏度高、成本低的优点；通过加入干涉增强结构汇聚特定波长红外线，提高光响应；实现快速光响应，响应时间小于20纳秒；胶体量子点可大规模液相合成，极大降低成本。
Description
技术领域
本发明涉及光电传感器技术领域，尤其涉及一种基于干涉增强结构的胶体量子点红外焦平面阵列及其制备方法。
背景技术
红外热成像技术有着极其广泛的应用。目前，红外热成像仪主要依赖于窄带半导体材料及辐射热测量计两种方式。窄带半导体材料(如汞镉碲合金(HgCdTe)，锑化铟(InSb)等)在液氮温度下具有极高的灵敏度及反应速度。然而，窄带半导体材料的合成依赖于复杂、高成本、低产出的物理沉积法或化学沉积法，如分子束外延生长及气相合成法。过高的成本(大于30000RMB)使其应用限制于军事及科研用途。然而，红外热成像仪有着广泛的民用用途，如汽车自动驾驶，大气污染监控，手势及面部识别，工业检测等领域。相比于窄带半导体，基于热辐射计的红外成像仪具有成本低的优势。因此，成为目前民用市场中的主流产品。然而，热辐射测量主要依靠热敏元件受热改变电阻来检测，其响应速度慢(20毫秒到200毫秒)，无法应用于高速成像场景，极大的限制了应用。
发明内容
本发明目的是克服现有技术的不足，提供一种基于干涉增强结构的胶体量子点的红外焦平面阵列及其制备方法。
本发明解决技术问题采用如下技术方案：
基于干涉增强结构的胶体量子点红外焦平面阵列，它包括量子点像素层和干涉增强结构，所述的干涉增强结构上设有量子点像素层。
所述的量子点像素层包括公共电极层、红外量子点薄膜层、半透反像素电极层，所述的半透反像素电极层上设有红外量子点薄膜层，红外量子点薄膜层上设有公共电极层。
所述的干涉增强结构包括光学隔离层、反射电极层，反射电极层上设有光学隔离层。
所述的公共电极层厚度范围为1纳米到300纳米之间，是采用透明电极材料氧化铟锡，并经过300摄氏度退火处理构成。
所述的红外量子点薄膜层的厚度为100纳米到800纳米之间的新型胶体量子点层；所述胶体量子点由旋涂和滴涂的方式制备于基底之上，连续覆盖整个基底表面；所述红外量子点薄膜层表面经过银离子掺杂，并经过光刻及化学腐蚀方法进行像素化处理；所述红外量子点薄膜层为不连续、分隔独立的像素化量子点薄膜层，间隔为1微米至5微米，并且通过控制量子点尺寸，调整其吸光范围可由1微米调节至12微米。
所述的半透反像素电极层由纳米级金属和氧化铟锡经电子束沉积制成，厚度在0至10纳米之间。
所述的光学隔离层由红外透明材料经由光刻及电子束沉积制备而成，其厚度根据实际所需增强红外光波长，在50纳米到1000纳米之间，为不连续覆盖整个表面，在透反像素电极层之上留有1微米至10微米的缺口，填充像素化电极层之间的间隔，作为保护量子点薄膜的钝化层；所述红外透明材料包括二氧化硅、硅、锗、氟化钙。
所述的反射电极层为高反射率金属层，由金、铝、铜、银经过电子束沉积而成，厚度在10纳米到500纳米之间，所述反射层电极不连续覆盖表面，不同像素之间留有1微米到5微米间隔。
基于干涉增强结构的胶体量子点红外焦平面阵列的制备方法，包括如下步骤，
步骤1：清洗基底，基底厚度为200微米到1000微米之间；
步骤2：沉积公共电极层；使用厚度为1纳米到300纳米之间的氧化铟锡，并经过300摄氏度退火处理；
步骤3：胶体量子点层可由旋涂或滴涂制备于基底之上，连续覆盖整个基底表面，其厚度为100纳米到800纳米之间，量子点层表面经过银离子掺杂；
步骤4：胶体量子点层经过光刻及化学腐蚀方法进行像素化处理，不连续、分隔独立的像素化量子点薄膜，间隔为1微米至5微米；
步骤5：透反像素电极层由电子束沉积的纳米级金层组成，其厚度小于10纳米；
步骤6：光学隔离层由光刻及电子束沉积制备而成，其厚度为50纳米到1000纳米之间，不连续覆盖整个表面，在透反电极层之上留有1微米至10微米的方形或圆形缺口，光学隔离层填充像素化电极之间间隔，作为钝化层，起到保护量子点薄膜的作用；
步骤7：反射电极层由电子束沉积制成，厚度为10纳米到500纳米之间，反射层电极并不连续覆盖表面，不同像素之间留有1微米到5微米间隔。
一种基于读出电路的焦平面阵列加工方法，包括量子点像素层、干涉增强结构、读出电路及钝化层，它包括如下步骤：
步骤1：清洗读出电路表面；
步骤2：经电子束沉积技术，制备反射电极层，厚度为10纳米到500纳米之间，反射层电极并不连续覆盖表面，不同像素之间留有1微米到5微米间隔；
步骤3：光学隔离层由光刻及电子束沉积制备而成，其厚度为50纳米到1000纳米之间，不连续覆盖整个表面，在反射电极层之上留有1微米至10微米的方形或圆形缺口；
步骤4：透反像素电极层由电子束沉积的氧化铟锡/金属双层结构制成，氧化铟锡厚度为10纳米到50纳米，金属层厚度为5纳米至1025纳米，不连续覆盖整个读书电路表面，为不连续、分隔独立的电极，间隔为1微米至5微米，透反电极层与反射电极层经光学隔离层缺口连接；
步骤5：胶体量子点层可由旋涂或滴涂制备于基底之上，连续覆盖整个基底表面，其厚度为100纳米到800纳米之间，量子点层表面经过银离子掺杂；
步骤6：胶体量子点层经过光刻及化学腐蚀方法进行像素化处理，为不连续、分隔独立的像素化量子点薄膜，间隔为1微米至5微米；
步骤7：钝化层由光刻及电子束沉积蒸镀或旋涂于量子点表面，为不连续覆盖，在量子点表面留有5微米至100微米开口，其厚度为反射电极层厚度、光学隔离层厚度、透反电极层厚度及量子点薄膜厚度，可用材料有二氧化硅及多种聚合物等；
步骤8：沉积公共电极层，使用厚度为1纳米到300纳米之间的金属，覆盖整个表面。
本发明相的有益效果是：本发明使用新型胶体量子点作为感光材料,具有灵敏度高、成本低的优点；通过控制胶体量子点大小，可以控制红外吸收波长，进而实现多波段检测；通过加入干涉增强结构汇聚特定波长红外线，提高光响应；通过吸收光子使电子跃迁，实现快速光响应，响应时间小于20纳秒；胶体量子点费米能级可通过液相掺杂实现，大大提高内建电势，增强光响应；胶体量子点热成像灵敏度达到14mK；胶体量子点可大规模液相合成，极大降低成本。
附图说明
图1是本发明基于干涉增强结构的胶体量子点红外焦平面阵列结构图；
图2是干涉增强结构与胶体量子点的扫描电子显微镜剖面图；
图3是具有干涉增强结构及无干涉增强结构的胶体量子点光电流测量结果比较；
图4是基于红外透明基底硅的焦平面阵列光镜照片；
图5是像素化胶体量子点的扫描电镜图像；
图6是具有光学隔离层及反射电极层的胶体量子点红外焦平面阵列扫描电镜图；
图7是基于胶体量子点的人体热成像；
图8为本发明一种基于干涉增强结构的胶体量子点红外焦平面阵列的制作流程图；
图9为本发明一种基于读出电路的焦平面阵列加工方法流程图。
图中，1量子点像素层，2干涉增强结构，3公共电极层，4红外量子点薄膜层，5半透反像素电极层，6包括光学隔离层，7反射电极层。
具体实施方式
下面结合实施方式及附图对本发明的技术方案作进一步阐述。
本发明基于干涉增强结构的胶体量子点红外焦平面阵列是通过将液相合成、体积可控、吸收波段可调的硫汞族胶体量子点与一种干涉增强结构结合，实现对特定波长红外线的光响应放大，进而提高红外热成像分辨率及灵敏度。红外热成像主要依赖于检测中波段(3-5微米)及长波段(8-10微米)红外线。通过设计干涉增强结构，可以有选择的提高某些波段在感光层中的光强度。使用胶体量子点作为感光层，基于量子束缚效应，可以通过控制其尺寸，控制量子点的吸收波长。从而到达检测中波及长波红外线的目的。胶体量子点合成基于过液相化学反应，具有成本低、产量高的特点。另外，胶体量子点可直接旋涂或滴涂于各种基底材料上，极大降低了材料加工成本。胶体量子点吸收红外线能量后，产生光致载流子，在内建电场的作用下，被电极收集形成光电流。胶体量子点内建电势可通过液相化学掺杂方法实现。通过掺杂技术向胶体量子点注入富余电子或空穴，调节其费米能级。通过电子束蒸发沉积技术，干涉增强结构可以被大规模、低成本的直接与胶体量子点整合，进一步提高光相应及灵敏度。
如图1所示，一种基于干涉增强结构的胶体量子点红外焦平面阵列，它包括量子点像素层1和干涉增强结构2，所述的干涉增强结构2上设有量子点像素层1。所述的量子点像素层1包括公共电极层3、红外量子点薄膜层4、半透反像素电极层5，所述的半透反像素电极层5上设有红外量子点薄膜层4，红外量子点薄膜层4上设有公共电极层3。所述的公共电极层3厚度范围为1纳米到300纳米之间，是采用透明电极材料氧化铟锡，并经过300摄氏度退火处理构成。
所述的红外量子点薄膜层4的厚度为100纳米到800纳米之间的新型胶体量子点层；所述胶体量子点由旋涂和滴涂的方式制备于基底之上，连续覆盖整个基底表面；所述胶体量子点层4表面经过银离子掺杂，并经过光刻及化学腐蚀方法进行像素化处理；所述红外量子点薄膜层4为不连续、分隔独立的像素化量子点薄膜层，间隔为1微米至5微米，并且通过控制量子点尺寸，调整其吸光范围可由1微米调节至12微米。
所述的半透反像素电极层5由纳米级金属和氧化铟锡经电子束沉积制成，厚度在0至10纳米之间。
所述的干涉增强结构2包括光学隔离层6、反射电极层7，反射电极层7上设有光学隔离层6。
所述的光学隔离层6由红外透明材料经由光刻及电子束沉积制备而成，其厚度根据实际所需增强红外光波长，在50纳米到1000纳米之间；为不连续覆盖整个表面，在透反像素电极层之上留有1微米至10微米的缺口，填充像素化电极层之间的间隔，作为保护量子点薄膜的钝化层；所述红外透明材料包括二氧化硅、硅、锗、氟化钙。
所述的反射电极层7为高反射率金属层，由金、铝、铜、银经过电子束沉积而成，厚度在10纳米到500纳米之间；所述反射层电极7不连续覆盖表面，不同像素之间留有1微米到5微米间隔。
其中，光学隔离层6上设有半透反像素电极层5。
图2为在红外透明基底硅材料基础上加工而成的胶体量子点像素层及光学隔离层的扫描电子显微镜剖面图。对制备干涉增强结构之前与之后的胶体量子点像素进行光电流检测，发现在特定波长(3-5微米)实现了增强，如图3所示。图4为基于红外透明基底材料的焦平面阵列的光镜照片。图5为像素化胶体量子点的扫面电镜图像，像素大小为26微米×26微米。图6为具有光学隔离层及反射电极层的胶体量子点红外焦平面阵列扫描电镜图。本发明通过使用干涉增强后的胶体量子点，实现了对人体的高分辨率成像，如图7所示，热成像最小温差分辨率达到14mK。从图3至图7可以看出，本发明的基于干涉增强结构的胶体量子点红外焦平面阵列的有益效果。
一种基于干涉增强结构的胶体量子点红外焦平面阵列的制备方法，具体包括如下步骤：
步骤1：如图8中S1，清洗基底。基底厚度为200微米到1000微米之间；
步骤2：如图8中S2，沉积公共电极层。使用厚度为1纳米到300纳米之间的氧化铟锡，并经过300摄氏度退火处理；
步骤3：如图8中S3，胶体量子点层可由旋涂或滴涂制备于基底之上，其特征为连续覆盖整个基底表面，其厚度为100纳米到800纳米之间，量子点层表面经过银离子掺杂；
步骤4：如图8中S4，胶体量子点层经过光刻及化学腐蚀方法进行像素化处理。其特征为不连续、分隔独立的像素化量子点薄膜。间隔为1微米至5微米；
步骤5：如图8中S5，透反像素电极层由电子束沉积的纳米级金层组成，其厚度小于10纳米；
步骤6：如图8中S6，光学隔离层由光刻及电子束沉积制备而成。其厚度为50纳米到1000纳米之间。其特征为不连续覆盖整个表面，在透反电极层之上留有1微米至10微米的方形或圆形缺口。另一特征为光学隔离层填充像素化电极之间间隔，作为钝化层，起到保护量子点薄膜的作用；
步骤7：如图8中S7，反射电极层由电子束沉积制成，厚度为10纳米到500纳米之间。反射层电极并不连续覆盖表面，不同像素之间留有1微米到5微米间隔。
本发明还提供一种基于读出电路的焦平面阵列加工方法，主要包括量子点像素层、干涉增强结构、读出电路及钝化层，它包括如下步骤：
步骤1：如图9中S1，清洗读出电路表面，读出电路为市场可购买的商业产品；
步骤2：如图9中S2，经电子束沉积技术，制备反射电极层，厚度为10纳米到500纳米之间。反射层电极并不连续覆盖表面，不同像素之间留有1微米到5微米间隔；
步骤3：如图9中S3，光学隔离层由光刻及电子束沉积制备而成。其厚度为50纳米到1000纳米之间。其特征为不连续覆盖整个表面，在反射电极层之上留有1微米至10微米的方形或圆形缺口；
步骤4：如图9中S4，透反像素电极层由电子束沉积的氧化铟锡/金属双层结构制成，氧化铟锡厚度为10纳米到50纳米，金属层厚度为5纳米至1025纳米。其特征为不连续覆盖整个读书电路表面，其特征为不连续、分隔独立的电极，间隔为1微米至5微米。另一特征为，透反电极层与反射电极层经光学隔离层缺口连接；
步骤5：如图9中S5，胶体量子点层可由旋涂或滴涂制备于基底之上，其特征为连续覆盖整个基底表面，其厚度为100纳米到800纳米之间，量子点层表面经过银离子掺杂；
步骤6：如图9中S6，胶体量子点层经过光刻及化学腐蚀方法进行像素化处理。其特征为不连续、分隔独立的像素化量子点薄膜。间隔为1微米至5微5米；
步骤7：如图9中S7，钝化层由光刻及电子束沉积蒸镀或旋涂于量子点表面。其特征为不连续覆盖，在量子点表面留有5微米至100微米开口。其厚度为反射电极层厚度、光学隔离层厚度、透反电极层厚度及量子点薄膜厚度。可用材料有二氧化硅及多种聚合物等；
步骤8：如图9中S8，沉积公共电极层。使用厚度为1纳米到300纳米之间的金属，覆盖整个表面。
最后应说明的是：以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施方式对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施方式的技术方案的精神和范围。
Claims (7)
1.基于干涉增强结构的胶体量子点红外焦平面阵列，其特征在于：它包括量子点像素层(1)和干涉增强结构(2)，所述的干涉增强结构(2)上设有量子点像素层(1)；
所述红外焦平面阵列设置为顶面入射结构；
所述的量子点像素层(1)包括公共电极层(3)、红外量子点薄膜层(4)、半透反像素电极层(5)，所述的半透反像素电极层(5)上设有红外量子点薄膜层(4)，红外量子点薄膜层(4)上设有公共电极层(3)；
所述的干涉增强结构(2)包括光学隔离层(6)、反射电极层(7)，反射电极层(7)上设有光学隔离层(6)；
所述的半透反像素电极层（5）与反射电极层（7）进行电耦合；
还包括读出电路衬底；
所述反射电极层（7）、所述光学隔离层（6）、所述半透反像素电极层（5）、所述红外量子点薄膜层（4）以及所述公共电极层（3）沿远离所述读出电路衬底的方向依序设置；所述反射电极层（7）、所述光学隔离层（6）以及所述半透反像素电极层（5）均不连续覆盖读出电路衬底的整个表面，所述光学隔离层（6）在反射电极层之上留有1微米至10微米的方形或圆形缺口，所述半透反像素电极层（5）与所述反射电极层（7）经所述光学隔离层（6）的缺口连接；所述半透反像素电极层（5）通过所述反射电极层（7）与读出电路衬底电连接。
2.如权利要求1所述的基于干涉增强结构的胶体量子点红外焦平面阵列，其特征在于：所述的公共电极层(3)厚度范围为1纳米到300纳米之间，是采用透明电极材料氧化铟锡，并经过300摄氏度退火处理构成。
3.如权利要求1所述的基于干涉增强结构的胶体量子点红外焦平面阵列，其特征在于：所述的红外量子点薄膜层(4)的厚度为100纳米到800纳米之间的新型胶体量子点层；所述胶体量子点由旋涂和滴涂的方式制备于基底之上，连续覆盖整个基底表面；所述红外量子点薄膜层(4)表面经过银离子掺杂，并经过光刻及化学腐蚀方法进行像素化处理；所述红外量子点薄膜层(4)为不连续、分隔独立的像素化量子点薄膜层，间隔为1微米至5微米，并且通过控制量子点尺寸，调整其吸光范围可由1微米调节至12微米。
4.如权利要求1所述的基于干涉增强结构的胶体量子点红外焦平面阵列，其特征在于：所述的半透反像素电极层(5)由纳米级金属和氧化铟锡经电子束沉积制成，厚度在0至10纳米之间。
5.如权利要求1所述的基于干涉增强结构的胶体量子点红外焦平面阵列，其特征在于：所述的光学隔离层(6)由红外透明材料经由光刻及电子束沉积制备而成，其厚度根据实际所需增强红外光波长，在50纳米到1000纳米之间，在透反像素电极层之上留有1微米至10微米的缺口，填充像素化电极层之间的间隔，作为保护量子点薄膜的钝化层；所述红外透明材料包括二氧化硅、硅、锗、氟化钙。
6.如权利要求1所述的基于干涉增强结构的胶体量子点红外焦平面阵列，其特征在于：所述的反射电极层(7)为高反射率金属层，由金、铝、铜、银经过电子束沉积而成，厚度在10纳米到500纳米之间，不同像素之间留有1微米到5微米间隔。
7.一种基于读出电路的焦平面阵列加工方法，其特征在于：包括量子点像素层、干涉增强结构、读出电路及钝化层，它包括如下步骤：
步骤1：清洗读出电路表面；
步骤2：经电子束沉积技术，制备反射电极层，厚度为10纳米到500纳米之间，反射电极层的电极并不连续覆盖表面，不同像素之间留有1微米到5微米间隔；
步骤3：光学隔离层由光刻及电子束沉积制备而成，其厚度为50纳米到1000纳米之间，不连续覆盖整个表面，在反射电极层之上留有1微米至10微米的方形或圆形缺口；
步骤4：透反像素电极层由电子束沉积的氧化铟锡/金属双层结构制成，氧化铟锡厚度为10纳米到50纳米，金属层厚度为5纳米至1025纳米，不连续覆盖整个读出电路表面，为不连续、分隔独立的电极，间隔为1微米至5微米，透反像素电极层与反射电极层经光学隔离层缺口连接；
步骤5：胶体量子点层可由旋涂或滴涂制备于基底之上，连续覆盖整个基底表面，其厚度为100纳米到800纳米之间，量子点层表面经过银离子掺杂；
步骤6：胶体量子点层经过光刻及化学腐蚀方法进行像素化处理，为不连续、分隔独立的像素化量子点薄膜，间隔为1微米至5微米；
步骤7：钝化层由光刻及电子束沉积蒸镀或旋涂于量子点表面，为不连续覆盖，在量子点表面留有5微米至100微米开口，其厚度为反射电极层厚度、光学隔离层厚度、透反像素电极层厚度及量子点薄膜厚度，可用材料有二氧化硅；
步骤8：沉积公共电极层，使用厚度为1纳米到300纳米之间的金属，覆盖整个表面。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201911269150.1A CN110943138B (zh) | 2019-12-11 | 2019-12-11 | 基于干涉增强结构的胶体量子点红外焦平面阵列及制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201911269150.1A CN110943138B (zh) | 2019-12-11 | 2019-12-11 | 基于干涉增强结构的胶体量子点红外焦平面阵列及制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110943138A CN110943138A (zh) | 2020-03-31 |
| CN110943138B true CN110943138B (zh) | 2021-10-08 |
Family
ID=69910933
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201911269150.1A Active CN110943138B (zh) | 2019-12-11 | 2019-12-11 | 基于干涉增强结构的胶体量子点红外焦平面阵列及制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110943138B (zh) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111443524B (zh) * | 2020-04-15 | 2022-11-04 | 合肥京东方光电科技有限公司 | 直下式背光模组和显示装置 |
| CN112086531B (zh) * | 2020-09-07 | 2021-06-29 | 深圳市绿聚墨电子科技有限公司 | 应用于高灵敏度光电探测器的分子材料部件及其制作方法 |
| CN115109467B (zh) * | 2022-05-27 | 2023-04-07 | 北京理工大学 | 常温混相配体交换用于调控红外胶体量子点带状输运的方法及应用 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107170849A (zh) * | 2017-05-04 | 2017-09-15 | 华中科技大学 | 一种条型超表面结构偏振相关窄带探测器及其制备与应用 |
| CN109638113A (zh) * | 2019-01-14 | 2019-04-16 | 军事科学院系统工程研究院后勤科学与技术研究所 | 一种基于读出电路的红外焦平面阵列的制备方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9537027B2 (en) * | 2013-03-28 | 2017-01-03 | University Of Massachusetts | Backside configured surface plasmonic structure for infrared photodetector and imaging focal plane array enhancement |
-
2019
- 2019-12-11 CN CN201911269150.1A patent/CN110943138B/zh active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107170849A (zh) * | 2017-05-04 | 2017-09-15 | 华中科技大学 | 一种条型超表面结构偏振相关窄带探测器及其制备与应用 |
| CN109638113A (zh) * | 2019-01-14 | 2019-04-16 | 军事科学院系统工程研究院后勤科学与技术研究所 | 一种基于读出电路的红外焦平面阵列的制备方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| "Thermal imaging with plasmon resonance enhanced HgTe colloidal quantum dot photovoltaic devices";Xin Tang et al.;《ACS Nano》;20180709;第12卷(第7期);第7362-7370页 * |
| Xin Tang et al.."Thermal imaging with plasmon resonance enhanced HgTe colloidal quantum dot photovoltaic devices".《ACS Nano》.2018,第12卷(第7期), * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110943138A (zh) | 2020-03-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110943138B (zh) | 基于干涉增强结构的胶体量子点红外焦平面阵列及制备方法 | |
| US10784394B2 (en) | Electromagnetic wave detector and electromagnetic wave detector array | |
| KR100265472B1 (ko) | 비냉각 적외선 검출기 및 그 형성방법 | |
| US9157789B2 (en) | Electromagnetic wave detector and electromagnetic wave detector array | |
| CN109449244B (zh) | 一种二维半导体和铁电材料功能互补型超宽光谱探测器 | |
| EP0534768B1 (en) | Uncooled infrared detector and method for forming the same | |
| US7268349B2 (en) | Infrared absorption layer structure and its formation method, and an uncooled infrared detector using this structure | |
| Zhang et al. | Spray‐Stencil Lithography Enabled Large‐Scale Fabrication of Multispectral Colloidal Quantum‐Dot Infrared Detectors | |
| US20210391505A1 (en) | Semiconductor device | |
| US20150325723A1 (en) | Polycrystalline photodetectors and methods of use and manufacture | |
| CN113363331A (zh) | 一种双透镜红外传感器 | |
| US20190123214A1 (en) | Medium Wave Infrared (MWIR) and Long Wavelength Infrared (LWIR) Operating Microbolometer with Raised Strut Design | |
| Zhou et al. | A compact polarization-integrated long wavelength infrared focal plane array based on InAs/GaSb superlattice | |
| EP3864706B1 (en) | Multispectral photodetector array | |
| JP2001153722A (ja) | 熱型赤外線検出素子およびこれを用いた撮像装置 | |
| EP3948958A1 (en) | Infrared absorption and detection enhancement using plasmonics | |
| US10704959B2 (en) | Germanium silicon tin oxide thin films for uncooled infrared detection | |
| CN114530468B (zh) | 红外焦平面探测器及其制备方法 | |
| Vergara et al. | Monolithic uncooled IR detectors of polycrystalline PbSe: a real alternative | |
| Chatterjee et al. | Room temperature operated HgCdTe colloidal quantum dot infrared focal plane array using shockwave dispersion technique | |
| US20160111562A1 (en) | Multispectral and polarization-selective detector | |
| CN109638113A (zh) | 一种基于读出电路的红外焦平面阵列的制备方法 | |
| EP3126875B1 (fr) | Detecteur de rayons x et son procede de fabrication | |
| Zhang et al. | Progress in HgTe colloidal quantum dots infrared detectors: from single-element devices to focal plane arrays | |
| US11598672B2 (en) | Plasmonically enhanced, ultra-sensitive bolometric mid-infrared detector |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20200420 Address after: 100037 yard C 2-1405, No.9 Sanlihe Road, Haidian District, Beijing Applicant after: Tang Xin Address before: 100071 Beijing city Fengtai District Fengti Road No. 2 Applicant before: INSTITUTE OF LOGISTICS SCIENCE AND TECHNOLOGY, INSTITUTE OF SYSTEMS ENGINEERING, ACADEMY OF MILITARY SCIENCES |
|
| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20240119 Address after: 100176, 15th Floor, Building 2, No. 2 Ronghua South Road, Beijing Economic and Technological Development Zone, Daxing District, Beijing 1505A Patentee after: SMIC recheng Technology (Beijing) Co.,Ltd. Address before: C 2-1405, No. 9 courtyard, Sanlihe Road, Haidian District, Beijing 100037 Patentee before: Tang Xin |
|
| TR01 | Transfer of patent right |