[发明专利]非倒装键合体式双波段量子点像元、焦平面阵列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双波段量子点像元、焦平面阵列及其制备方法与应用，属于光电传感器技术领域。该双波段量子点像元包括底电极、顶电极及位于顶电极与底电极之间的空穴传输层、红外感光膜层与可见光感光膜层，红外感光膜层包括硫系汞胶体量子点本征层及硫系银胶体量子点掺杂层，可见光感光膜层包括电子传输层与碲化镉胶体量子点层，且硫系银胶体量子点掺杂层、硫系汞胶体量子点本征层、电子传输层与碲化镉胶体量子点层构成P‑N‑P异质结。本发明设计的制备方法工艺相对简单、成本低、成品率高，且制得的探测器不仅具备可见光探测和红外探测的优势，而且光电转换效率高，器件效率好。

技术领域

本发明涉及采用非倒装键合体制备工艺制备双波段量子点、焦平面阵列，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双波段量子点像元、焦平面阵列及其制备方法与应用。

背景技术

信息融合技术的发展使得多种传感器协同工作成为可能。信息融合技术是指将获取的同一场景同一时刻的信息进行多级别、多方面、多层次的处理和融合，从而获取更可靠、更丰富、更精确、更有意义的信息，可见光探测器和红外探测器的耦合是目前最常见的信息融合技术的一种，可见光探测器可以捕获到被测物体的细节信息并且具有较高的空间分辨率，但由于工作在大气窗口，极易受天气的影响，不能全天候工作。此外，可见光图像不能探测到隐藏在复杂背景下的目标信息。而短波红外探测器是利用黑体辐射进行成像，受照明条件与恶劣天气的影响较小，具有夜间可成像性，但是同时由于成像原理的限制，红外图像对比度较低，空间相关性强，目标细节的反映能力也比较差，成像效果不符合人眼视觉习惯。如果将可见光探测器与红外探测器相耦合，则可以弥补各自成像系统的不足，能够发挥可见光与红外的优势，使得探测器同时具有可见光探测与红外探测的优点，有利于提高系统的探测侦察能力。

以往使用倒装键合技术将制备出的探测器与读出电路进行耦合，倒装键合技术采用凸焊点实现芯片与基底之间的机械和电气连接，随着倒装芯片凸点密度的提高及其间距的进一步减小，芯片的功率密度将迅速增加，芯片的散热和内部热应力失配问题更加严重，易于发生键合失效。由于凸点或焊球隐藏于芯片和基底之间，其热性能分析及缺陷检测变得十分困难，且倒装键合技术使用的设备价格高，整个工艺复杂、成品率低。

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双波段量子点像元、焦平面阵列及其制备方法与应用。本发明设计的制备方法工艺相对简单、成本低、成品率高，且制得的探测器不仅具备可见光探测和红外探测的优势，而且光电转换效率高，器件效率好。

为实现上述技术目的，本发明公开了一种非倒装键合体式双波段量子点像元，所述像元包括底电极、顶电极及位于所述顶电极与底电极之间的空穴传输层、红外感光膜层与可见光感光膜层，所述红外感光膜层包括硫系汞胶体量子点本征层及硫系银胶体量子点掺杂层，所述可见光感光膜层包括电子传输层与碲化镉胶体量子点层，且硫系银胶体量子点掺杂层、硫系汞胶体量子点本征层、电子传输层与碲化镉胶体量子点层构成P-N-P异质结。

进一步地，所述电子传输层材质为硒化镉、硫化镉或氧化锌中任意一种。

进一步地，所述空穴传输层材质为DMSO(二甲基亚砜)、NiO_x(指代有氧缺陷的镍氧化物)或PEDOT:PSS中任意一种。

进一步地，所述硫系银胶体量子点掺杂层厚度小于硫系汞胶体量子点本征层，所述电子传输层厚度小于碲化镉胶体量子点层。

其中，所述硫系银胶体量子点掺杂层厚度为30～50nm，所述硫系汞胶体量子点本征层厚度为400～600nm，所述电子传输层厚度为30～50nm，所述碲化镉胶体量子点层厚度为400～600nm。

进一步地，所述底电极材质为复合在硅衬底上的红外透明导电材料，所述顶电极材质为金属导电材料。具体的，所述红外透明导电材料包括复合在硅衬底上的ITO、FTO或AZO，本发明优选复合在硅衬底上的ITO。所述金属导电材料为金、银、铜或铝中任意一种。