[发明专利]硅基与量子点全集成的图像传感器及制备方法

说明书

本发明的硅基与量子点全集成的图像传感器及制备方法，通过将硅基像素单元和量子点像素单元集成在同一硅衬底上，硅基图像传感器可以实现对可见光的成像和检测；通过选择合适的量子点材料和尺寸，可以形成红外高灵敏度的量子点薄膜，实现对红外信号的成像和检测，同时在硅基上形成器件的基础上实现对量子点薄膜产生的光电信号进行控制和读出。量子点薄膜像素单元和与硅基像素单元可实现读出电路的复用，节约了芯片面积，降低了电路设计的难度，并且本发明的制备方法与CMOS图像传感器工艺相兼容，有利于将可见光与红外图像传感器的单芯片制造，实现了可见光与红外探测技术相结合的宽光谱检测与成像技术，简化了产品的复杂程度，降低产品成本。

技术领域

本发明涉及图像传感器技术领域，具体涉及一种硅基与量子点全集成的图像传感器及制备方法。

背景技术

图像传感器是指将光信号转换为电信号的装置，其可以基于电荷耦合器件(CCD)技术、互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感技术或基于量子点的光电探测技术进行制备得到。

CMOS图像传感器指的是在硅衬底上采用CMOS工艺进行加工的图像传感器技术，由于其具有低功耗，低成本，技术成熟和与CMOS工艺兼容等特点，因此在各个领域得到了广泛的应用。CMOS图像传感器不仅被用于消费电子领域，例如微型数码相机(DSC)，手机摄像头，摄像机和数码单反(DSLR)中，而且在汽车电子，监控，生物技术和医学等领域也占据了重要的市场份额，在大部分应用场合CMOS图像传感器已经取代了CCD图像传感器。CMOS图像传感器的优势在可见光的成像，对于短波红外等波长较长的入射光的检测需要特殊的制造工艺，制造成本较高，且转换效率较低。

量子点是纳米尺寸的半导体晶粒，它具有禁带宽度随尺寸可调的的特性，其光吸收特性也是随之可调。通过选择合适的量子点材料和尺寸，可以采用溶液法制备对可见光或红外高灵敏度的量子点膜，工艺简单。总体而言，量子点制备的光电探测器具有灵敏度高，波段易调制、工艺简单成本低等优势，市场前景广阔。同硅基的CMOS图像传感器比较，对于短波红外的检测，量子点具有成本低和性能优良的特点。

目前随着红外成像与光谱技术的日益发展，为满足多光谱成像与检测技术的需要，将可见光与红外探测技术结合在一起的宽光谱检测与成像技术越来越收到重视。国外已经出现的超光谱图像仪(也称为光谱图像仪)，具有超宽的光谱响应(同时包含可见光和短波红外)，能实现光谱与成像，能同时进行形状与材料识别，大大提高了目标的识别和分类，是当今公认的下一代工业检测、医学诊断和安全应用的关键技术。这一技术产品至少需要可见光和短波红外两种图像传感器芯片，使得整个光路和系统设计非常复杂。而且短波红外探测目前主要采用InGaAs红外二极管构成的短波红外探测器阵列，其价格非常昂贵。如果能实现短波红外与可见光图像传感器的单芯片集成，将大大简化相关产品的复杂程度，大幅降低相关产品成本。

发明内容

为了克服以上问题，本发明提供了一种硅基与量子点全集成的图像传感器结构，以实现可见光和短波红外图像传感器的单芯片集成。

为了实现上述目的，本发明硅基与量子点全集成的图像传感器，在同一硅衬底上包括硅基像素单元、以及与所述硅基像素单元水平排列的量子点像素单元；所述硅衬底表面从下向上依次具有栅氧层和层间介质，其中，

所述硅基像素单元包括：位于所述硅衬底中且在所述栅氧层下方的光电二极管、位于所述栅氧层且在所述光电二极管上方一侧的第一传输管栅极，位于所述栅氧层下方的所述硅衬底中且在所述第一传输管栅极下方与所述光电二极管相对的一侧的第一悬浮漏极，位于所述层间介质层中且在所述光电二极管和所述第一悬浮栅极外围上方的用于防止光学串扰的不相互连接的金属互连线；