[发明专利]包括提供全局电子快门的图像传感器的图像传感器

说明书

本发明的各种实施方案包括图像传感器，所述图像传感器提供具有集成电路、第一电荷提取层、光敏层和第二空穴提取层的全局电子快门。在第一模式(所述“开启”模式)下，经由所述第一电荷提取层提取电子。在第二模式(所述“关闭”模式)下，所述空穴的提取被所述第一电荷提取层阻止。公开了其他实施方案。

本专利申请要求于2016年3月11日提交的名称为“HIGH-PERFORMANCE IMAGESENSORS INCLUDING THOSE PROVIDING GLOBAL ELECTRONIC SHUTTER”的美国临时专利申请62/306,998的优先权的权益，该专利申请据此全文以引用方式并入。

技术领域

本发明总体涉及包含光敏材料诸如纳米晶或其他光敏材料的光学和电子器件、系统和方法，以及制备和使用这些器件和系统的方法。

背景技术

光电器件诸如图像传感器和光伏器件可包括光敏材料。示例性图像传感器包括使用用于感测功能以及用于读出电子器件和多路复用功能两者的硅的器件。在一些图像传感器中，光敏硅光电二极管和电子器件可形成在单个硅晶片上。其他示例性图像传感器可采用不同的材料用于感测(光电转换)功能，诸如InGaAs(例如，用于短波红外感测)或无定形硒(例如，用于x射线感测)。示例性光伏器件包括使用晶体硅晶片进行光电转换的太阳能电池。其他示例性光伏器件可使用单独的材料层诸如非晶硅或多晶硅或不同的材料进行光电转换。然而，已知这些图像传感器和光伏器件存在许多限制。

以引用的方式并入

本说明书中所提及的每个专利、专利申请和/或公开案全文以引用方式并入本文，就像每个单独的专利、专利申请和/或公开案被具体和单独地指出以引用方式并入本文那样。

附图说明

图1A示出了一个实施方案中的材料叠层；

图1B示出了量子点(QD)和图1A的材料叠层中的一层的不同半导体材料之间的界面的实施方案；

图2示出了一个实施方案中在像素的一部分上方的材料叠层的横截面；

图3示出了一个实施方案中在像素上方的材料叠层的横截面；

图4示出了一个实施方案中具有两个像素的材料叠层的横截面；

图5A和图5B(也统称为图5)示出了像素上的电压作为时间的函数；

图6示出了像素上的电压作为时间的函数；

图7示出了两个不同实施方案中的光电流与电压的曲线；

图8A至图8C(也统称为图8)示出了根据实施方案的能带图；

图9A至图9C(也统称为图9)示出了根据实施方案的能带图；并且

图10示出了根据实施方案的空穴传输的三种机制。

具体实施方式

下文描述了一种光敏器件。该器件包括各自具有功函数的第一触点和第二触点以及介于第一触点和第二触点之间的光敏材料。光敏材料包括P型半导体，并且光敏材料具有功函数。该器件包括在第一触点和第二触点之间施加偏置电压的电路。光敏材料的功函数的量值比第一触点的功函数的量值大至少约0.4eV，并且也比第二触点的功函数的量值大至少约0.4eV。光敏材料具有的电子寿命大于在第一触点和第二触点之间施加偏压时从第一触点到第二触点的电子渡越时间。第一触点提供电子的注入并阻挡空穴的提取。介于第一触点和光敏材料之间的界面提供了小于约1cm/s的表面复合速度。