[发明专利]非倒装键合体式捕获型胶体量子点短波红外焦平面阵列器及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种非倒装键合体式捕获型胶体量子点短波红外焦平面阵列器及其制备方法与应用，属于光电传感器技术领域。该阵列器的制备方法包括首先采用光刻和真空蒸镀工艺在焦平面阵列读出电路表面的每个像素内沉积出一个中心像素电极和一个环形电极，各中心像素电极和各环形电极构成金属电极，再将制备好的硫系汞量子点墨水、汞盐掺杂的硫系汞量子点墨水或硫化物掺杂的硫系汞量子点墨水采用一步涂覆法依次修饰在所述焦平面阵列读出电路表面，在涂覆过程中采用1,2‑二硫醇、盐酸、异丙醇进行固体配体交换直至涂覆成膜完成。采用该工艺制备的焦平面阵列器具备光谱调控容易、探测波段相对较宽、光电响应强及应用成本低的优点。

技术领域

本发明涉及一种红外焦平面阵列器，属于光电传感器技术领域，具体地涉及一种非倒装键合体式捕获型胶体量子点短波红外焦平面阵列器及其制备方法与应用。

背景技术

短波红外线指波长在1.5微米至2.5微米的电磁波。通过短波红外能够识别化学品的分子震动，同时短波红外线对大气辉光高度敏感并具有穿透雾霾的能力。因此短波红外探测器常被用于气体探测、自动驾驶和遥感等领域。目前，铟镓砷短波红外探测器是市场上最成熟的短波红外探测器，但铟镓砷短波红外探测器的光谱响应范围较窄为0.9微米至1.7微米，并没有覆盖整个短波红外波段。同时铟镓砷短波红外材料制备困难，需要在高真空环境中多次进行外延生长，制备过程复杂，流程较长，所需设备投入过高，外延生长设备价格通常在千万级。通过外延生长制备的铟镓锗材料尺寸通常为2至4英寸，尺寸较小，难以进行大面积的生长制备。此外将铟镓砷材料与基于互补性金属氧化物半导体技术制作的焦平面阵列读出电路进行信号耦合时，需要使用倒装键合工艺封装，首先在读出电路像素电极中心生长铟球，对准后通过芯片倒装焊技术加压绑定完成键合工艺，将铟镓砷短波红外材料与读出电路互连。倒装键合工艺设备投入费用较高，生产中只能对单片读出电路进行键合，生产速率慢，同时随着焦平面阵列的规模增大，键合成功率会急剧下降。Sony公司针对铟镓砷短波红外技术中倒装键合的限制，提出一种名为Cu-CuBonding的键合工艺，该工艺能够缩小像素间距，使器件进一步小型化成为可能。但此工艺还是需要倒装焦平面阵列读出电路并进行对准键合，未能解决大规模焦平面阵列键合成功率低的痛点。此外，采用该工艺制备的焦平面阵列器还存在光谱调控难、探测波段窄、光电响应弱及应用成本高等技术问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明公开了一种非倒装键合体式捕获型胶体量子点短波红外焦平面阵列器及其制备方法与应用，采用本发明设计工艺制备的焦平面阵列器具备光谱调控容易、探测波段相对较宽、光电响应强及应用成本低的优点。

为实现上述技术目的，本发明公开了一种非倒装键合体式捕获型胶体量子点短波红外焦平面阵列器，所述短波红外焦平面阵列器包括焦平面阵列读出电路、连接所述焦平面阵列读出电路的金属电极及依次附着在所述焦平面阵列读出电路表面的红外胶体量子点本征层、红外胶体量子点捕获层；

其中，所述红外胶体量子点本征层为硫系汞量子点薄膜，所述红外胶体量子点捕获层为n型或p型硫系汞量子点薄膜，所述n型硫系汞量子点薄膜为汞盐掺杂的硫系汞量子点薄膜，所述p型硫系汞量子点薄膜为硫化物掺杂的硫系汞量子点薄膜。

进一步地，所述金属电极包括沉积在焦平面阵列表面的地电极和像素电极，所述地电极、像素电极材质为镍、铬、钛、氧化铟锡、金、铂、银、铝、锌及其氧化物中的任意一种或两种以上；

所述焦平面阵列读出电路包括焦平面阵列、基准参考电极与公共端。

进一步地，所述短波红外焦平面阵列器自下而上包括焦平面阵列读出电路、金属电极、红外胶体量子点本征层、红外胶体量子点捕获层和封装层。

本发明优选所述短波红外焦平面阵列器自下而上包括焦平面阵列读出电路、金属电极、碲化汞红外胶体量子点本征层、汞盐掺杂碲化汞红外胶体量子点捕获层和PMMA封装层。