本發(fā)明屬于圖像傳感器及其制備，尤其涉及一種高靈敏寬光譜真彩色量子點(diǎn)圖像傳感器及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、成像技術(shù)是現(xiàn)代信息采集的核心手段，對(duì)于我國(guó)國(guó)防建設(shè)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展均具有重大意義。隨著現(xiàn)代軍事裝備的信息化和智能化的快速發(fā)展，需要獲取復(fù)雜環(huán)境下目標(biāo)的寬光譜(400～2500nm)信息。硅材料由于帶隙限制，響應(yīng)波長(zhǎng)最長(zhǎng)只能到近紅外的1100nm，而ingaas、hgcdte、insb等傳統(tǒng)的紅外塊體材料由于與cmos工藝不兼容，需要用銦柱與讀出電路倒裝焊接混合集成，增加了成像芯片的制造成本，降低了生產(chǎn)效率以及良率。同時(shí)，銦柱尺寸也限制了探測(cè)器像元尺寸的進(jìn)一步縮小，此外，傳統(tǒng)高靈敏光電探測(cè)器采用微透鏡進(jìn)行光匯聚，減少光損失，提高傳感器靈敏度，同時(shí)采用濾光片分光產(chǎn)生真彩色成像，從而導(dǎo)致此類(lèi)圖像傳感器體積和功耗較大，難以滿(mǎn)足微型無(wú)人平臺(tái)及單兵便攜式成像系統(tǒng)等武器裝備的需求。

2、因此，現(xiàn)亟需提供一種具有高靈敏、寬光譜、真彩色、小體積和低功耗的量子點(diǎn)圖像傳感器，且制備方法簡(jiǎn)單易行。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種高靈敏寬光譜真彩色量子點(diǎn)圖像傳感器及其制備方法。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明技術(shù)方案之一：

4、一種高靈敏寬光譜真彩色量子點(diǎn)圖像傳感器，由下至上依次包括：

5、讀出電路層；

6、金屬下電極層；

7、寬光譜量子點(diǎn)材料電子傳輸層(厚度為30-60nm)，所述量子點(diǎn)材料為p型量子點(diǎn)薄膜；

8、具有微納陷光結(jié)構(gòu)的寬光譜量子點(diǎn)材料空穴傳輸層(厚為400-1000nm)，所述量子點(diǎn)材料為n型量子點(diǎn)薄膜；所述微納陷光結(jié)構(gòu)為采用納米壓印從寬光譜量子點(diǎn)材料空穴傳輸層的上表面制備得到，其上表面需具有較大的接觸面積，所述微納陷光結(jié)構(gòu)的形狀為柱狀、圓臺(tái)狀或倒鉛筆狀，高度為空穴傳輸層的40％-100％；

9、透明上電極層；

10、支撐層(厚度為0.5-1.5μm)；以及光偏振層。

11、優(yōu)選的，所述金屬下電極層中的每個(gè)像素單元內(nèi)，設(shè)置有呈“田”字型的四個(gè)亞像素單元；即所述金屬下電極為每個(gè)像素單元內(nèi)存在紅、綠、藍(lán)、紅外四個(gè)亞像素單元所對(duì)應(yīng)的四個(gè)下電極；

12、相鄰的兩個(gè)所述亞像素單元之間的間距為0.5μm-2μm。

13、優(yōu)選的，所述寬光譜量子點(diǎn)材料電子傳輸層和寬光譜量子點(diǎn)材料空穴傳輸層中采用的寬光譜量子點(diǎn)材料為寬光譜pbs量子點(diǎn)材料或hgte量子點(diǎn)材料。

14、優(yōu)選的，所述寬光譜量子點(diǎn)材料電子傳輸層或?qū)捁庾V量子點(diǎn)材料空穴傳輸層的制備過(guò)程為：

15、將寬光譜pbs或hgte量子點(diǎn)分散液沉積在所述金屬下電極層，然后采用交換溶液進(jìn)行量子點(diǎn)薄膜配體交換，得到所述寬光譜量子點(diǎn)材料電子傳輸層；

16、將寬光譜pbs或hgte量子點(diǎn)分散液沉積在所述寬光譜量子點(diǎn)材料電子傳輸層，然后采用交換溶液進(jìn)行量子點(diǎn)薄膜配體交換，得到所述寬光譜量子點(diǎn)材料空穴傳輸層。

17、優(yōu)選的，

18、當(dāng)制備所述寬光譜量子點(diǎn)材料電子傳輸層時(shí)，采用的交換溶液為乙二硫醇的乙腈溶液；

19、當(dāng)制備所述寬光譜量子點(diǎn)材料空穴傳輸層時(shí)，采用的交換溶液為四丁基碘化銨(tbai)的甲醇溶液。

20、優(yōu)選的，所述透明上電極層在寬光譜范圍內(nèi)的透過(guò)率大于80％；

21、方阻小于30ω·sq-1；

22、優(yōu)選為銀納米線薄膜或石墨烯薄膜。

23、優(yōu)選的，所述支撐層為氧化硅層或氧化鋁薄膜層，以速率蒸發(fā)沉積在所述透明上電極層上。

24、優(yōu)選的，所述光偏振層為氮化硅薄膜層或鈦酸鋇薄膜層或硼硅酸鹽玻璃薄膜層；

25、且具有貫穿所述光偏振層的微納結(jié)構(gòu)；

26、所述光偏振層的制備過(guò)程為：先在所述支撐層頂部沉積氮化硅薄膜層或鈦酸鋇薄膜層或硼硅酸鹽玻璃薄膜層，然后采用光刻刻蝕的方法制備能夠進(jìn)行偏振光的微納結(jié)構(gòu)。

27、有益效果：本發(fā)明限定的光偏振層的微納結(jié)構(gòu)可以將光分散為紅、綠、藍(lán)和紅外光線，并將其分散度光折射到紅、綠、藍(lán)和紅外光亞像素對(duì)應(yīng)的區(qū)域。

28、優(yōu)選的，從垂直于所述光偏振層方向來(lái)看，所述微納結(jié)構(gòu)的形狀為方形和/或“×”形。

29、本發(fā)明技術(shù)方案之二：

30、一種高靈敏寬光譜真彩色量子點(diǎn)圖像傳感器的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

31、根據(jù)上述高靈敏寬光譜真彩色量子點(diǎn)圖像傳感器的層結(jié)構(gòu)，所述寬光譜量子點(diǎn)材料電子傳輸層、寬光譜量子點(diǎn)材料空穴傳輸層、支撐層以及光偏振層均利用沉積法由下至上依次進(jìn)行沉積制備。

32、優(yōu)選的，所述制備方法具體包括以下步驟：

33、在表面含有四象限的亞像素電極的量子點(diǎn)特制讀出電路表面沉積寬光譜pbs或hgte量子點(diǎn)分散液，并采用交換溶液處理使其成為寬光譜量子點(diǎn)材料電子傳輸層；

34、在所述寬光譜量子點(diǎn)材料電子傳輸層上部沉積寬光譜pbs或hgte量子點(diǎn)分散液，采用交換溶液處理使其成為寬光譜量子點(diǎn)材料空穴傳輸層，并為了達(dá)到高靈敏的作用采用納米壓印的方法在寬光譜量子點(diǎn)材料空穴傳輸層表面制備柱狀的微納陷光結(jié)構(gòu)；

35、在所述寬光譜量子點(diǎn)材料空穴傳輸層表面搭建網(wǎng)狀的金屬納米線薄膜或石墨烯薄膜作為透明上電極層；

36、在透明上電極層(金屬納米線)上部沉積支撐層(用于折射偏振層的光線和用于支撐偏振層)；

37、在所述支撐層表面沉積光反射材料(氮化硅薄膜層或鈦酸鋇薄膜層或硼硅酸鹽玻璃薄膜層)并通過(guò)光刻刻蝕的辦法獲得光偏振層；其中，所述光偏振層可以將光分散為紅光、綠光、藍(lán)光和紅外光并光傳輸給寬光譜敏感材料所對(duì)應(yīng)的紅、綠、藍(lán)和紅外所對(duì)應(yīng)的亞像素單元，從而完成高靈敏寬光譜真彩色量子點(diǎn)圖像傳感器的制備。

38、有益效果：通過(guò)本發(fā)明限定的制備方法制備得到的圖像傳感器，體積小，功耗低，集成度高，能夠?qū)崿F(xiàn)真彩色效果，可廣泛應(yīng)用于安防監(jiān)控，小型無(wú)人機(jī)等軍事民事領(lǐng)域。

39、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)和技術(shù)效果：

40、本發(fā)明為了突破傳統(tǒng)材料響應(yīng)波段的限制，采用pbs量子點(diǎn)或hgte量子點(diǎn)作為寬光譜敏感材料。在實(shí)現(xiàn)寬光譜響應(yīng)的同時(shí)，與傳統(tǒng)材料相比還具有工藝簡(jiǎn)單、cmos工藝兼容性好，且相鄰像素間無(wú)需隔離也不會(huì)產(chǎn)生串?dāng)_的優(yōu)點(diǎn)。因此采用pbs量子點(diǎn)或hgte量子點(diǎn)作為寬光譜材料傳輸層，可對(duì)紅、綠、藍(lán)、紅外四種單色光均產(chǎn)生響應(yīng)。且寬光譜量子點(diǎn)材料空穴傳輸層表面制備微納陷光結(jié)構(gòu)進(jìn)一步提高光吸收，促進(jìn)圖像傳感器靈敏度。

41、此外，采用光偏振層將寬光譜光線分散為紅、綠、藍(lán)、紅外四種單色光，并將其折射到紅、綠、藍(lán)、紅外對(duì)應(yīng)的亞像素單元，光偏振層分光效果優(yōu)，光利用率高，體積小，避免了濾光片帶來(lái)的缺點(diǎn)。同時(shí)像素采用紅、綠、藍(lán)、紅外四種亞像素組成，利用紅、綠、藍(lán)三亞像素獲得物質(zhì)的顏色信息，利用紅外亞像素獲得物質(zhì)的材料信息，從而獲得高靈敏寬光譜真彩色量子點(diǎn)圖像傳感器。