[发明专利]一种电荷耦合器件以及电荷耦合器件的制备方法

说明书

本发明提供一种电荷耦合器件和电荷耦合器件的制备方法，本发明的电荷耦合器件包括：功能层；硅半导体层，所述硅半导体层位于所述功能层的表面；胶体量子点半导体层，位于所述硅半导体层远离所述功能层的一侧；所述胶体量子点半导体层具有短波红外吸收特性，用于吸收光子，并将其转换为电荷。本申请的电荷耦合器件利用胶体量子点半导体层吸收特定波段的红外光线，能够实现较传统硅基电荷耦合器件更高的光谱探测范围。

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，特别是涉及一种电荷耦合器件以及电荷耦合器件的制备方法。

背景技术

CCD(Charge Coupled Device，电荷耦合器件)是一种用于数码成像的图像传感器，通常情况下由硅材料制备而成，是一种具有MOS像素结构的器件。CCD器件工作包含四个步骤：吸收—存储—转移—读出。基于硅对光的吸收特性，传统CCD可实现对波长在300-1100nm的光子的吸收，并且将像素内的光子信号转换为电子信号，存储在对应像素MOS结构的栅电容中；通过对MOS管的栅压进行调控，可以将存储在栅电容中不同像素的电荷依次转移至移位寄存器中，并通过最后的读出电路实现信号读出。

目前，CCD主要有表面沟道型的CCD和埋沟型的CCD。表面型沟道的CCD由栅电极/介质层/P型Si组成，其存储电荷的电容主要来源于栅介质层的电容，在介质层和P型硅的界面具有电势最高点，电子被收集到此界面，形成反型层；但是由于硅表面会有很多缺陷位点，导致存储在界面处的电荷很容易被界面缺陷俘获，因此埋沟型CCD通过在介质层和P型硅之间引入一层高掺的N型硅，实现电势最高点向内部转移，远离硅的界面。

由于硅材料只能对1100nm以下的光子实现吸收，因此CCD只能对1100nm以下的可见光和近红外光成像，而对于1100nm以上的短波红外光则无法探测。由于近年来，短波红外成像在食品检测、物品分拣、半导体检测等领域的应用越来越广泛，因此CCD需要在保持其电荷转移特性的同时实现更高的光谱探测范围。

发明内容

本发明提供一种电荷耦合器件以及电荷耦合器件的制备方法，该电荷耦合器件能够实现更高的光谱探测范围。

为解决上述技术问题，本发明提供的第一个技术方案为：提供一种电荷耦合器件，包括：功能层；硅半导体层，所述硅半导体层位于所述功能层的表面；胶体量子点半导体层，位于所述硅半导体层远离所述功能层的一侧；所述胶体量子点半导体层具有短波红外吸收特性，用于吸收光子，并将其转换为电荷。

其中，所述功能层包括：所述功能层包括：载体片、栅极层和绝缘层；所述栅极层位于所述载体片的表面；所述绝缘层位于所述栅极层远离所述载体片的一侧，所述硅半导体层位于所述绝缘层远离所述载体片的一侧；或者，所述功能层包括栅极层和绝缘层；所述绝缘层位于所述栅极层的一表面，所述硅半导体层位于所述绝缘层远离所述栅极层的一侧。

其中，所述胶体量子点半导体层包括金属氧化物薄膜；所述金属氧化物薄膜的材料为对可见光和近红外光吸收系数小于阈值的材料。

其中，所述胶体量子点半导体层包括金属氧化物薄膜、胶体量子点薄膜和透明导电薄膜；其中，所述金属氧化物薄膜设置于所述胶体量子点薄膜的靠近所述硅半导体层的一侧，或者所述金属氧化物薄膜设置于所述胶体量子点薄膜的远离所述硅半导体层的一侧；所述透明导电薄膜设置于所述胶体量子点薄膜的上方；胶体量子点薄膜包括硫化铅量子点薄膜、硒化铅量子点薄膜、碲化汞量子点薄膜中至少一种；所述金属氧化物薄膜的材料为对可见光和近红外光吸收系数小于阈值的材料。

其中，所述金属氧化物薄膜的材料为N型半导体材料；其中，所述金属氧化物薄膜的材料包括氧化锌、二氧化锡、二氧化钛中至少一种。

其中，所述透明导电薄膜为氧化铟锡、掺杂氟的SnO2薄膜中至少一种。