本發(fā)明涉及光電成像，具體涉及一種膠體量子點(diǎn)焦平面芯片及其制備方法。
背景技術(shù)：
1、基于膠體量子點(diǎn)材料的紅外焦平面芯片因其工藝難度小、成本低、可與硅基讀出電路直接耦合等優(yōu)點(diǎn)，已成為紅外成像芯片的重要成員之一。然而，由于膠體量子點(diǎn)材料容易溶于有機(jī)溶劑，且膠體量子點(diǎn)材料與成熟的微納工藝無法兼容，導(dǎo)致無法對膠體量子點(diǎn)材料薄膜進(jìn)行光刻等工藝處理，因此難以通過普通的微納加工技術(shù)實(shí)現(xiàn)圖案化級別的空間控制，從而很難對焦平面像元光敏區(qū)進(jìn)行有效定義，無法規(guī)避不同像元間的串音問題。
2、現(xiàn)有技術(shù)中，一般通過噴墨打印法、轉(zhuǎn)印法及噴涂法等制備膠體量子點(diǎn)光敏薄膜的方法，雖然可以直接形成圖形化的多個(gè)獨(dú)立的光敏區(qū)，在一定程度上達(dá)到對材料空間控制的目的，但這些方法產(chǎn)率低、成本高、操作復(fù)雜，不適合應(yīng)用于材料的低成本大規(guī)模制備。此外，還有一種方案是先形成像元之間的隔離區(qū)，再用膠體量子點(diǎn)材料填充空隙，但是該方案中膠體量子點(diǎn)材料與隔離區(qū)的接觸性及結(jié)合性較差，會降低光敏區(qū)的可靠性；并且芯片工作時(shí)紅外光容易被隔離區(qū)復(fù)合掉，會降低光轉(zhuǎn)化為電的效率，對光敏區(qū)的電學(xué)性質(zhì)的破壞比較嚴(yán)重，導(dǎo)致紅外焦平面芯片的光電性能較差和可靠性較低。
3、因此，需要一種方案來實(shí)現(xiàn)基于膠體量子點(diǎn)材料的紅外焦平面芯片在像元之間的無損隔離。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、有鑒于此，本發(fā)明提供了一種膠體量子點(diǎn)焦平面芯片及其制備方法，以解決相關(guān)技術(shù)中的膠體量子點(diǎn)材料與微納工藝不兼容，噴涂工藝直接制備圖形化光敏區(qū)的成本高工藝復(fù)雜，以及現(xiàn)有的隔離區(qū)與膠體量子點(diǎn)材料的結(jié)合性較差，會破壞光敏區(qū)的電學(xué)性質(zhì)，進(jìn)而降低芯片的性能較差和可靠性較低的問題。
2、第一方面，本發(fā)明提供了一種膠體量子點(diǎn)焦平面芯片的制備方法，該制備方法包括：
3、提供基底；
4、在基底一側(cè)表面形成陣列排布的多個(gè)電極；
5、在基底一側(cè)表面形成多個(gè)像元隔離層；多個(gè)像元隔離層在第一方向上間隔排列，且沿第二方向延伸；
6、多個(gè)電極和多個(gè)像元隔離層共同圍出陣列排布的多個(gè)像元區(qū)，像元區(qū)中暴露出基底表面；
7、在基底一側(cè)表面形成膠體量子點(diǎn)光敏薄膜，膠體量子點(diǎn)光敏薄膜覆蓋像元區(qū)暴露的基底表面并包覆像元隔離層和電極；膠體量子點(diǎn)光敏薄膜包括光敏區(qū)和非光敏區(qū)；光敏區(qū)位于基底表面的像元區(qū)；非光敏區(qū)位于像元隔離層背向基底的一側(cè)表面。
8、本發(fā)明提供的膠體量子點(diǎn)焦平面芯片的制備方法，通過多個(gè)電極和多個(gè)像元隔離層共同圍出陣列排布的多個(gè)像元區(qū)，然后在基底一側(cè)表面形成膠體量子點(diǎn)光敏薄膜，膠體量子點(diǎn)光敏薄膜包括位于像元區(qū)的光敏區(qū)和位于像元隔離層表面的非光敏區(qū)。第一，可以通過電極和像元隔離層有效地定義像元區(qū)，并且通過像元隔離層表面的非光敏區(qū)有效地定義每個(gè)像元的光敏區(qū)作為芯片的功能區(qū)，無需對膠體量子點(diǎn)光敏薄膜進(jìn)行微納工藝，可以簡化工藝流程，降低工藝成本；第二，膠體量子點(diǎn)光敏薄膜在芯片表面是整面覆蓋的薄膜，膠體量子點(diǎn)光敏薄膜與像元隔離層和電極的結(jié)合性較強(qiáng)，可以提高芯片的穩(wěn)定性和可靠性；第三，用于隔離光敏區(qū)的非光敏區(qū)屬于膠體量子點(diǎn)光敏薄膜的一部分，不會影響光敏區(qū)的電學(xué)性質(zhì)，可以限制像元之間的串音，實(shí)現(xiàn)焦平面芯片在像元之間的無損隔離，進(jìn)而提高紅外焦平面芯片的光電性能和可靠性。因此，本發(fā)明提供的膠體量子點(diǎn)焦平面芯片的制備方法可以限制像元之間的串音，實(shí)現(xiàn)焦平面芯片在像元之間的無損隔離，進(jìn)而提高紅外焦平面芯片的光電性能和可靠性，同時(shí)可以簡化工藝流程，降低工藝成本，可以提高芯片的穩(wěn)定性。
9、在一種可選的實(shí)施方式中，第一方向與第二方向垂直；多個(gè)像元隔離層將多個(gè)電極間隔成多個(gè)沿第一方向間隔排布的電極組，電極組中包括多個(gè)沿第二方向間隔排布的電極；
10、電極組與像元隔離層交替排列；
11、在第二方向上，電極與像元區(qū)交替排列。
12、在一種可選的實(shí)施方式中，膠體量子點(diǎn)光敏薄膜還包括電極區(qū)，電極區(qū)位于電極背向基底一側(cè)表面；
13、在第二方向上，電極區(qū)與光敏區(qū)交替排列。
14、在一種可選的實(shí)施方式中，基底表面為親水面；
15、像元隔離層為金屬氧化物薄膜，金屬氧化物薄膜的表面為疏水面；
16、在基底表面形成膠體量子點(diǎn)光敏薄膜，膠體量子點(diǎn)光敏薄膜覆蓋像元區(qū)并包覆像元隔離層和電極的步驟，包括：
17、制備膠體量子點(diǎn)材料溶液，膠體量子點(diǎn)材料溶液包括膠體量子點(diǎn)材料和溶劑；膠體量子點(diǎn)材料適于在親水面上形成光敏區(qū)，在疏水面上形成非光敏區(qū)；
18、將膠體量子點(diǎn)材料溶液旋涂于像元區(qū)暴露的基底表面、像元隔離層表面和電極表面；
19、在惰性氣體氛圍下加熱膠體量子點(diǎn)材料溶液，使膠體量子點(diǎn)材料形成膠體量子點(diǎn)光敏薄膜；
20、其中，膠體量子點(diǎn)材料以非結(jié)晶的方式在像元隔離層背向基底的一側(cè)表面形成非光敏區(qū)，膠體量子點(diǎn)材料以結(jié)晶的方式在基底表面的像元區(qū)形成光敏區(qū)。
21、本發(fā)明提供的膠體量子點(diǎn)焦平面芯片的制備方法，利用膠體量子點(diǎn)材料的成膜結(jié)晶質(zhì)量對基底表面能的依賴性，通過引入金屬氧化物薄膜作為像元隔離層對基底表面能進(jìn)行圖案化處理，使得膠體量子點(diǎn)材料在像元隔離層的親水面上形成非光敏區(qū)，在像元區(qū)的基底親水面形成光敏區(qū)，可以在不影響光敏區(qū)的膠體量子點(diǎn)薄膜結(jié)晶質(zhì)量的情況下，降低像元隔離層表面非光敏區(qū)的膠體量子點(diǎn)薄膜內(nèi)載流子的遷移率，從而可以限制像元之間的串音，有效定義光敏區(qū)，實(shí)現(xiàn)焦平面芯片像元之間的無損隔離，進(jìn)而提高紅外焦平面芯片的光電性能和可靠性。
22、在一種可選的實(shí)施方式中，在惰性氣體氛圍下加熱膠體量子點(diǎn)材料溶液，形成膠體量子點(diǎn)光敏薄膜的步驟，包括：
23、在惰性氣體氛圍下加熱膠體量子點(diǎn)材料溶液至第一溫度并持續(xù)第一時(shí)間，完全去除溶劑，使膠體量子點(diǎn)材料形成膠體量子點(diǎn)光敏薄膜；
24、第一溫度為80℃～200℃；
25、第一時(shí)間為10mins～60mins。
26、在一種可選的實(shí)施方式中，膠體量子點(diǎn)材料包括量子點(diǎn)和鈣鈦礦配體；
27、在膠體量子點(diǎn)光敏薄膜中，鈣鈦礦配體包圍量子點(diǎn)；
28、其中，光敏區(qū)為晶體結(jié)構(gòu)，光敏區(qū)中的量子點(diǎn)為陣列式排布，鈣鈦礦配體均勻地包圍量子點(diǎn)；
29、非光敏區(qū)為非晶結(jié)構(gòu)，非光敏區(qū)中的量子點(diǎn)為不規(guī)則排布，鈣鈦礦配體不均勻地包圍量子點(diǎn)；
30、非光敏區(qū)的載流子遷移率小于光敏區(qū)的載流子遷移率。
31、本發(fā)明提供的膠體量子點(diǎn)焦平面芯片的制備方法，利用膠體量子點(diǎn)材料的結(jié)晶成膜時(shí)對基底親水性的依賴性，通過構(gòu)筑圖形化的金屬氧化物分布，使得膠體量子點(diǎn)材料在親水面上以結(jié)晶的方式形成晶體結(jié)構(gòu)的光敏區(qū)，并再疏水面上以非結(jié)晶的方式形成非晶結(jié)構(gòu)的非光敏區(qū)，使得非光敏區(qū)的載流子遷移率小于光敏區(qū)的載流子遷移率，可以在不影響光敏區(qū)的膠體量子點(diǎn)薄膜結(jié)晶質(zhì)量的情況下，降低像元隔離層表面非光敏區(qū)的膠體量子點(diǎn)薄膜內(nèi)載流子的遷移率，從而可以限制像元之間的串音，有效定義光敏區(qū)，實(shí)現(xiàn)焦平面芯片像元之間的無損隔離，進(jìn)而提高紅外焦平面芯片的光電性能和可靠性。
32、在一種可選的實(shí)施方式中，量子點(diǎn)為hgse量子點(diǎn)；
33、鈣鈦礦配體為mapbi3鈣鈦礦配體。
34、在一種可選的實(shí)施方式中，光敏區(qū)的載流子遷移率大于0.6cm2/(v·s)；
35、非光敏區(qū)的載流子遷移率小于0.001cm2/(v·s)。
36、本發(fā)明提供的膠體量子點(diǎn)焦平面芯片的制備方法，膠體量子點(diǎn)材料在像元隔離層的親水面上形成載流子遷移率較小的非光敏區(qū)，在像元區(qū)的基底親水面形成載流子遷移率較高的光敏區(qū)，使得光敏區(qū)作為芯片的功能區(qū)進(jìn)行紅外光的光電轉(zhuǎn)換，并利用像元隔離層和非光敏區(qū)作為相鄰像元的光敏區(qū)之間的隔離區(qū)域，實(shí)現(xiàn)多個(gè)像元的無損隔離。
37、在一種可選的實(shí)施方式中，電極的厚度為20nm～100nm；
38、像元隔離層的厚度為20nm～100nm；
39、光敏區(qū)的厚度為150nm～500nm；
40、像元區(qū)在第一方向的寬度為5μm～200μm；
41、電極在第一方向的寬度為5μm～200μm；
42、電極在第二方向的寬度與像元區(qū)在第二方向的寬度比例為1:8～1:4；
43、像元隔離層在第一方向的寬度為5μm～200μm。
44、在一種可選的實(shí)施方式中，基底的材料為硅、二氧化硅或者硅基讀出電路；
45、金屬氧化物薄膜的材料為氧化鉿、氧化鈦或氧化鋁；
46、電極的材料為金或者鈦金。
47、第二方面，本發(fā)明提供了一種膠體量子點(diǎn)焦平面芯片，該膠體量子點(diǎn)焦平面芯片包括：
48、基底；
49、陣列排布的多個(gè)電極，位于基底一側(cè)表面；
50、多個(gè)像元隔離層，位于基底一側(cè)表面；多個(gè)像元隔離層在第一方向上間隔排列，且沿第二方向延伸；多個(gè)電極和多個(gè)像元隔離層共同圍出陣列排布的多個(gè)像元區(qū)；
51、膠體量子點(diǎn)光敏薄膜，位于基底一側(cè)表面，膠體量子點(diǎn)光敏薄膜還包覆像元隔離層和電極；膠體量子點(diǎn)光敏薄膜包括光敏區(qū)和非光敏區(qū)；光敏區(qū)位于基底表面的像元區(qū)；非光敏區(qū)位于像元隔離層背向基底的一側(cè)表面。
52、在一種可選的實(shí)施方式中，第一方向與第二方向垂直；多個(gè)像元隔離層將多個(gè)電極間隔成多個(gè)沿第一方向間隔排布的電極組，電極組中包括多個(gè)沿第二方向間隔排布的電極；
53、電極組與像元隔離層交替排列；
54、在第二方向上，電極與像元區(qū)交替排列；
55、膠體量子點(diǎn)光敏薄膜還包括電極區(qū)，電極區(qū)位于電極背向基底一側(cè)表面；
56、在第二方向上，電極區(qū)與光敏區(qū)交替排列；
57、非光敏區(qū)的載流子遷移率小于光敏區(qū)的載流子遷移率。
58、本發(fā)明提供的膠體量子點(diǎn)焦平面芯片，一方面，膠體量子點(diǎn)光敏薄膜在芯片表面是整面覆蓋的薄膜，膠體量子點(diǎn)光敏薄膜與像元隔離層和電極的結(jié)合性較強(qiáng)，可以提高芯片的穩(wěn)定性和可靠性；另一方面，用于隔離光敏區(qū)的非光敏區(qū)屬于膠體量子點(diǎn)光敏薄膜的一部分，不會影響光敏區(qū)的電學(xué)性質(zhì)，可以限制像元之間的串音，實(shí)現(xiàn)焦平面芯片在像元之間的無損隔離，進(jìn)而提高紅外焦平面芯片的光電性能和可靠性。因此，本發(fā)明提供的膠體量子點(diǎn)焦平面芯片可以限制像元之間的串音，實(shí)現(xiàn)焦平面芯片在像元之間的無損隔離，進(jìn)而提高紅外焦平面芯片的光電性能、可靠性和穩(wěn)定性。