[发明专利]一种可见光至近红外集成的光谱探测器装置及制备方法

说明书

本发明公开了一种可见光至近红外的单芯片集成的光谱探测器装置及制备方法，其中，该装置包括：外延片，包括上部的N接触层；胶状量子点阵列组成的胶状量子点滤光层，位于N接触层上。其制备方法中，胶状量子点由可以吸收可见光至近红外波段的硫化镉、硒化镉、硫化铅量子点纳米颗粒与对苯二胺混合后溶入高分子聚合物聚乙烯醇缩丁醛氯仿溶液中制成。本发明提供的焦平面器件的优点在于能够将多个不同波段的入射光进行分立同步采集，利用波长复用原理对原始光谱进行重建，同时获取多个波段的目标信息，有效地消除多色探测目标时遇到的干扰，提高对目标的高分辨效果。

技术领域

本发明涉及红外探测与成像技术领域，更具体地说，本发明涉及可见光至近红外的单芯片集成的高光谱探测器的制备方法。

背景技术

红外探测器是将入射的红外辐射信号转变成为电信号的器件，可以捕捉人眼察觉不到的红外光并以电信号的形式进行输出。实现红外探测的材料和器件主要包括基于热效应的热释电探测器，基于光电效应的光电探测器，以及基于石墨烯、碳纳米管，量子点的新材料探测器等。目前，光电探测器的技术最为成熟，基于光电技术的红外探测器小型化后可制备成为密集的探测器阵列，也就是红外焦平面，焦平面是红外相机的核心元件，其在夜视成像、天文观测、医疗通讯、矿物勘探、化学化工、城市热流分析以及军事等方面，具有重要的应用价值。

近年来，高光谱红外成像技术引起了许多公司和研究机构的兴趣。在探测器的实际应用中，探测器的响应波段一般是一个较大的范围，而实际探测器的目标往往有一段很强的较窄红外波段，因此直接用探测器观测目标将会有较大的噪声。另外，用整体宽谱的探测器去观测目标，无法区分目标在不同波段辐射分布的细节特征；而分离的同时探测系统能够同时对目标原始光谱拟合重建，成像内容更凸显细节，能够得到更加精确的分析结果。

目前，实现高光谱红外成像的手段主要是基于色散、干涉等光学原理，在探测器前面加入光栅、光学薄膜、标准具等光学系统，形成一系列窄带光学滤光片或者透镜系统，选择性透过入射光中特定波段成分，再利用后面的探测器测量其光谱信息，从而实现多个波段同时成像的目的。但这种设计非常复杂，以光学滤光片为例，其尺寸受到有效光程的限制，难以实现微型化、高分辨率，并且每添加一个需要探测的波段就要在系统中多加一个对应的滤光片，这样大幅增加了系统的制备成本、体积和复杂程度；另外，入射光中大部分能量被滤光片和透镜系统阻挡，难以满足低功率下的光谱测量和成像分析。

发明内容

(一)要解决的技术问题

基于以上技术问题，本发明提供了一种可见光至近红外集成的光谱探测器的制备方法，从而解决了以往多色成像系统结构复杂，成像速度慢、成本较高、集成度低、分辨能力弱等问题。

(二)技术方案

一种可见光至近红外集成的光谱探测器，主体包括可见光拓展的InGaAs焦平面阵列和能选择透射入射光谱的量子点滤光层。

一种可见光至近红外集成的光谱探测器装置，该装置包括：

外延片，包括上部的N接触层；

胶状量子点阵列组成的胶状量子点滤光层，位于N接触层上。

其中，外延片为p-i-n结构的以InP为基底的InGaAs红外探测器外延片。

N接触层厚度在100nm以下。

量子点滤光层通过胶状量子点阵列实现，该胶状量子点阵列中包含多个区域，每一个区域作为一个量子点滤光器，同一个量子点滤光器的量子点结构、尺寸和材料组成相同，其中，所述量子点尺寸为1nm-50nm，但是不同于其他任意一个量子点滤光器。

进一步的，胶状量子点阵列中含有多个量子点滤光器，排列在焦平面入光面上。

一种可见光至近红外集成的光谱探测器的制备方法，具体为：