[發明專利]非倒裝鍵合體式捕獲型膠體量子點短波紅外焦平面陣列器及其制備方法與應用

在審

• 申請號: 202210625624.7
• 申請日: 2022-06-02
• 公開（公告）號: CN115132769A
• 公開（公告）日: 2022-09-30
• 發明（設計）人: 唐鑫;郝群;陳夢璐;張碩;畢成
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146;H01L31/0296;H01L31/0352
• 代理公司: 北京開陽星知識產權代理有限公司 11710
• 代理人: 程杰

本發明涉及一種非倒裝鍵合體式捕獲型膠體量子點短波紅外焦平面陣列器及其制備方法與應用，屬于光電傳感器技術領域。該陣列器的制備方法包括首先采用光刻和真空蒸鍍工藝在焦平面陣列讀出電路表面的每個像素內沉積出一個中心像素電極和一個環形電極，各中心像素電極和各環形電極構成金屬電極，再將制備好的硫系汞量子點墨水、汞鹽摻雜的硫系汞量子點墨水或硫化物摻雜的硫系汞量子點墨水采用一步涂覆法依次修飾在所述焦平面陣列讀出電路表面，在涂覆過程中采用1,2?二硫醇、鹽酸、異丙醇進行固體配體交換直至涂覆成膜完成。采用該工藝制備的焦平面陣列器具備光譜調控容易、探測波段相對較寬、光電響應強及應用成本低的優點。

技術領域

本發明涉及一種紅外焦平面陣列器，屬于光電傳感器技術領域，具體地涉及一種非倒裝鍵合體式捕獲型膠體量子點短波紅外焦平面陣列器及其制備方法與應用。

背景技術

短波紅外線指波長在1.5微米至2.5微米的電磁波。通過短波紅外能夠識別化學品的分子震動，同時短波紅外線對大氣輝光高度敏感并具有穿透霧霾的能力。因此短波紅外探測器常被用于氣體探測、自動駕駛和遙感等領域。目前，銦鎵砷短波紅外探測器是市場上最成熟的短波紅外探測器，但銦鎵砷短波紅外探測器的光譜響應范圍較窄為0.9微米至1.7微米，并沒有覆蓋整個短波紅外波段。同時銦鎵砷短波紅外材料制備困難，需要在高真空環境中多次進行外延生長，制備過程復雜，流程較長，所需設備投入過高，外延生長設備價格通常在千萬級。通過外延生長制備的銦鎵鍺材料尺寸通常為2至4英寸，尺寸較小，難以進行大面積的生長制備。此外將銦鎵砷材料與基于互補性金屬氧化物半導體技術制作的焦平面陣列讀出電路進行信號耦合時，需要使用倒裝鍵合工藝封裝，首先在讀出電路像素電極中心生長銦球，對準后通過芯片倒裝焊技術加壓綁定完成鍵合工藝，將銦鎵砷短波紅外材料與讀出電路互連。倒裝鍵合工藝設備投入費用較高，生產中只能對單片讀出電路進行鍵合，生產速率慢，同時隨著焦平面陣列的規模增大，鍵合成功率會急劇下降。Sony公司針對銦鎵砷短波紅外技術中倒裝鍵合的限制，提出一種名為Cu-CuBonding的鍵合工藝，該工藝能夠縮小像素間距，使器件進一步小型化成為可能。但此工藝還是需要倒裝焦平面陣列讀出電路并進行對準鍵合，未能解決大規模焦平面陣列鍵合成功率低的痛點。此外，采用該工藝制備的焦平面陣列器還存在光譜調控難、探測波段窄、光電響應弱及應用成本高等技術問題。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明公開了一種非倒裝鍵合體式捕獲型膠體量子點短波紅外焦平面陣列器及其制備方法與應用，采用本發明設計工藝制備的焦平面陣列器具備光譜調控容易、探測波段相對較寬、光電響應強及應用成本低的優點。

為實現上述技術目的，本發明公開了一種非倒裝鍵合體式捕獲型膠體量子點短波紅外焦平面陣列器，所述短波紅外焦平面陣列器包括焦平面陣列讀出電路、連接所述焦平面陣列讀出電路的金屬電極及依次附著在所述焦平面陣列讀出電路表面的紅外膠體量子點本征層、紅外膠體量子點捕獲層；

其中，所述紅外膠體量子點本征層為硫系汞量子點薄膜，所述紅外膠體量子點捕獲層為n型或p型硫系汞量子點薄膜，所述n型硫系汞量子點薄膜為汞鹽摻雜的硫系汞量子點薄膜，所述p型硫系汞量子點薄膜為硫化物摻雜的硫系汞量子點薄膜。

進一步地，所述金屬電極包括沉積在焦平面陣列表面的地電極和像素電極，所述地電極、像素電極材質為鎳、鉻、鈦、氧化銦錫、金、鉑、銀、鋁、鋅及其氧化物中的任意一種或兩種以上；

所述焦平面陣列讀出電路包括焦平面陣列、基準參考電極與公共端。

進一步地，所述短波紅外焦平面陣列器自下而上包括焦平面陣列讀出電路、金屬電極、紅外膠體量子點本征層、紅外膠體量子點捕獲層和封裝層。

本發明優選所述短波紅外焦平面陣列器自下而上包括焦平面陣列讀出電路、金屬電極、碲化汞紅外膠體量子點本征層、汞鹽摻雜碲化汞紅外膠體量子點捕獲層和PMMA封裝層。