[發明專利]用于增強硅基成像器件對紫外響應的量子點光轉換膜的制備方法和用途

無效

• 申請號: 201210117665.1
• 申請日: 2012-04-20
• 公開（公告）號: CN102683369A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發明（設計）人: 李陽;張志坤;劉江國
• 申請（專利權）人: 廣東普加福光電科技有限公司
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146;H01L27/148
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 羅曉林

技術領域

????本發明涉及一種紫外響應光轉換膜及其制備方法和用途，特別是指一種應用于CCD（Charge?Coupled?Device，電荷耦合器件）或／CMOS（Complementary?Metal-Oxide?Semiconductor,附加金屬氧化物半導體組件）等物件表面的紫外響應光轉換膜及其制備方法和用途。

背景技術

紫外探測技術是繼激光探測技術和紅外探測技術之后發展起來的又一軍民兩用光電探測技術。當前最先進的光譜儀器大都采用了CCD或CMOS作為探測器件，這是因為CCD、CMOS具有靈敏度強、噪聲低、成像質量好等優點。但由于紫外波段的光波在多晶硅中穿透深度很小，一般低于2nm，在紫外波段響應都很弱。成像器件的這種紫外弱響應限制了其在先進光譜儀器及其他領域紫外波段探測的使用。自CCD?和其它光探測器投入商業生產以來，人們就一直致力于尋找一種能提高探測器紫外響應能力的方法。經檢索可以發現，諸如中國專利ZL01129954.1號《刑偵用紫外照相機》、ZL200820152199.X號《一種基于無機材料增強紫外響應的硅基成像器件》、ZL200820152099.7《一種具有紫外響應的硅基成像器件》、ZL200810041913.2號《增強硅基成像器件紫外響應無機薄膜的制備方法》、ZL?200810041823.3號《增強硅基成像器件紫外響應的有機金屬薄膜制備方法》等，均在探討這一問題，也都還存在CCD和CMOS在紫外波段響應很弱，無法提高器件在這些波段成像的靈敏度或是分辨率。

目前，為了提高探測器對紫外線的敏感性，可行的辦法由兩種：一種是通過改變成像器件內部的硅基結構增大紫外響應；第二種是在成像器件光敏元表面涂一層光轉換膜，將無法響應的紫外光轉化為可見光，從而達到成像的目的。但現階段研制的有機光轉換膜有其自身難以克服的缺點，如使用壽命短、轉化率不高、激發光譜窄且發射光譜寬且不對稱、顏色不可調、光學穩定性差等。

發明內容

????為了提高探測器對紫外輻射的敏感性，本發明采取了在硅基成像器件光敏窗口上涂光轉換膜的辦法，成功地將紫外波段信號源攜帶的信息轉化為CCD及CMOS敏感的響應波段。

根據上述想法本專利設計了一種全新的紫外響應光轉換膜，該光轉換膜的主要組份為光致轉化材料量子點和成膜材料。量子點為納米級硒化鎘（CdSe）晶粒或是具備核殼結構的硒化鎘（CdSe）/硫化鋅（ZnS）?納米晶粒；成膜材料是由環氧樹脂類、有機硅類、聚丙烯酸酯類、聚氨酯類、EVA和PC等高透明高分子材料中的一種或幾種及丙酮、甲苯、乙醇、氯仿、環己烷、甲基丙烯酸酯等溶劑中的一種或多種。所述量子點在成膜材料中的濃度為0.00001%～30％wt；使用CdSe/ZnS核殼結構的量子點，是為了提高熒光材料的發光強度和穩定性。

納米半導體微晶材料即本文中所稱量子點，是半導體材料中非常重要的一類。量子點通常是指顆粒直徑在2～8nm之間的納米半導體晶體，最基本組成材料是第II-VI族或第III-V族元素。因為量子點實現了量子尺寸效應，熒光量子效率可以接近100％；因為量子點的尺寸大小決定了發光波長，可以通過控制合成的量子點的大小，得到不同波長的發光材料，因此從同一材料可以得到不同的顏色。由此，本發明不但有效提高了硅基成像器件紫外響應能力，克服了有機光轉換膜的使用壽命短、轉化率不高、激發光譜窄且發散光譜寬、發射光譜寬且不對稱、顏色不可調、光學穩定性差等缺點，能夠有效增強硅基成像器件對紫外光的敏感度，提高硅基成像器件的壽命，提高轉化率和光學穩定性。

上述納米級硒化鎘（CdSe）晶核的制備步驟：

步驟一，按物質的量比1:4分別取得原料氧化鎘（CdO）、硬脂酸（SA），采用Schlenk技術，脫氣、充氣數次后加熱到150℃，保持25min，使CdO充分溶解至無色，隨后降溫至50℃；

步驟二，將反應瓶溫度降至50℃后，向三口燒瓶中加入等質量的純度大于90%的三正辛基氧膦（TOPO）和純度大于90%的十六胺（HDA）。采用Schlenk技術，通過真空系統將水和氧氣排干凈后，氬氣環境下將其加熱至320℃。此時，使用注射器快速注入?硒（Se）/三正丁基膦（TBP）儲備液，并快速降溫至260℃，維持一段時間，最后撤出加熱裝置，使產物冷卻至室溫；

步驟三，向降至室溫的步驟二獲得的液體中加入等體積的化學純氯仿，再加入3倍體積的化學純丙酮后，將有固體析出，待固體析出沉淀完畢，以3000?～5000rpm離心1～10分鐘；