CN110277418B - 一种钙钛矿图像传感器的像素单元及其制备方法 - Google Patents
一种钙钛矿图像传感器的像素单元及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110277418B CN110277418B CN201910546230.0A CN201910546230A CN110277418B CN 110277418 B CN110277418 B CN 110277418B CN 201910546230 A CN201910546230 A CN 201910546230A CN 110277418 B CN110277418 B CN 110277418B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- metal electrode
- perovskite
- organic
- inorganic hybrid
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 35
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims abstract description 223
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 112
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 112
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 80
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims abstract description 80
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 78
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 66
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims abstract description 52
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 46
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 claims abstract description 44
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 42
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 40
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 21
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims abstract description 21
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims abstract description 21
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 claims abstract description 19
- 239000010408 film Substances 0.000 claims description 61
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 53
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 claims description 15
- -1 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 claims description 14
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 14
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 claims description 13
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 claims description 12
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 11
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 claims description 11
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 claims description 10
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 claims description 10
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 8
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 8
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 claims description 8
- JEDHEMYZURJGRQ-UHFFFAOYSA-N 3-hexylthiophene Chemical compound CCCCCCC=1C=CSC=1 JEDHEMYZURJGRQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 7
- 229920000301 poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl) polymer Polymers 0.000 claims description 7
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 7
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 claims description 6
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 6
- 238000010129 solution processing Methods 0.000 claims description 6
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 5
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 5
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229920001167 Poly(triaryl amine) Polymers 0.000 claims description 4
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910004205 SiNX Inorganic materials 0.000 claims description 4
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims description 4
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 4
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 4
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims description 4
- 229920003207 poly(ethylene-2,6-naphthalate) Polymers 0.000 claims description 4
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 claims description 4
- 239000011112 polyethylene naphthalate Substances 0.000 claims description 4
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 claims description 4
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 claims description 4
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 claims description 4
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 4
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 claims description 4
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 3
- RVPVRDXYQKGNMQ-UHFFFAOYSA-N lead(2+) Chemical compound [Pb+2] RVPVRDXYQKGNMQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 claims description 3
- XDXWNHPWWKGTKO-UHFFFAOYSA-N 207739-72-8 Chemical compound C1=CC(OC)=CC=C1N(C=1C=C2C3(C4=CC(=CC=C4C2=CC=1)N(C=1C=CC(OC)=CC=1)C=1C=CC(OC)=CC=1)C1=CC(=CC=C1C1=CC=C(C=C13)N(C=1C=CC(OC)=CC=1)C=1C=CC(OC)=CC=1)N(C=1C=CC(OC)=CC=1)C=1C=CC(OC)=CC=1)C1=CC=C(OC)C=C1 XDXWNHPWWKGTKO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052693 Europium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- JKSIBASBWOCEBD-UHFFFAOYSA-N N,N-bis(4-methoxyphenyl)-9,9'-spirobi[fluorene]-1-amine Chemical compound COc1ccc(cc1)N(c1ccc(OC)cc1)c1cccc2-c3ccccc3C3(c4ccccc4-c4ccccc34)c12 JKSIBASBWOCEBD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 claims description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910001451 bismuth ion Inorganic materials 0.000 claims description 2
- NCMHKCKGHRPLCM-UHFFFAOYSA-N caesium(1+) Chemical compound [Cs+] NCMHKCKGHRPLCM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 2
- OGPBJKLSAFTDLK-UHFFFAOYSA-N europium atom Chemical compound [Eu] OGPBJKLSAFTDLK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910000449 hafnium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- WIHZLLGSGQNAGK-UHFFFAOYSA-N hafnium(4+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[Hf+4] WIHZLLGSGQNAGK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- CJNBYAVZURUTKZ-UHFFFAOYSA-N hafnium(IV) oxide Inorganic materials O=[Hf]=O CJNBYAVZURUTKZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- HRHKULZDDYWVBE-UHFFFAOYSA-N indium;oxozinc;tin Chemical compound [In].[Sn].[Zn]=O HRHKULZDDYWVBE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims description 2
- PNHVEGMHOXTHMW-UHFFFAOYSA-N magnesium;zinc;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[Mg+2].[Zn+2] PNHVEGMHOXTHMW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- BAVYZALUXZFZLV-UHFFFAOYSA-N mono-methylamine Natural products NC BAVYZALUXZFZLV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 claims description 2
- KYKLWYKWCAYAJY-UHFFFAOYSA-N oxotin;zinc Chemical compound [Zn].[Sn]=O KYKLWYKWCAYAJY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- SOQBVABWOPYFQZ-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);titanium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Ti+4] SOQBVABWOPYFQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 claims description 2
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 claims description 2
- 238000007639 printing Methods 0.000 claims description 2
- 229910001419 rubidium ion Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 claims description 2
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 2
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910001432 tin ion Inorganic materials 0.000 claims 2
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 claims 1
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 31
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 15
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 11
- 230000004044 response Effects 0.000 description 7
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 6
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 3
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 3
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 3
- 238000003491 array Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- MVPPADPHJFYWMZ-UHFFFAOYSA-N chlorobenzene Chemical compound ClC1=CC=CC=C1 MVPPADPHJFYWMZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 2
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 2
- 239000002648 laminated material Substances 0.000 description 2
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Chemical compound [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 2
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CPELXLSAUQHCOX-UHFFFAOYSA-M Bromide Chemical compound [Br-] CPELXLSAUQHCOX-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- WKBOTKDWSSQWDR-UHFFFAOYSA-N Bromine atom Chemical compound [Br] WKBOTKDWSSQWDR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005916 Methomyl Substances 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 239000012296 anti-solvent Substances 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 229940006460 bromide ion Drugs 0.000 description 1
- GDTBXPJZTBHREO-UHFFFAOYSA-N bromine Substances BrBr GDTBXPJZTBHREO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052794 bromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000001246 colloidal dispersion Methods 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000005525 hole transport Effects 0.000 description 1
- XMBWDFGMSWQBCA-UHFFFAOYSA-M iodide Chemical compound [I-] XMBWDFGMSWQBCA-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229940006461 iodide ion Drugs 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- UHXUZOCRWCRNSJ-QPJJXVBHSA-N methomyl Chemical compound CNC(=O)O\N=C(/C)SC UHXUZOCRWCRNSJ-QPJJXVBHSA-N 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 238000002791 soaking Methods 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 238000009987 spinning Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
- H01L27/14603—Special geometry or disposition of pixel-elements, address-lines or gate-electrodes
- H01L27/14605—Structural or functional details relating to the position of the pixel elements, e.g. smaller pixel elements in the center of the imager compared to pixel elements at the periphery
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
- H01L27/1462—Coatings
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14683—Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
- Thin Film Transistor (AREA)
Abstract
本发明实施例提供了一种基于钙钛矿光敏材料的图像传感器的像素单元及其制备方法，所述光敏像素单元包括金属氧化物薄膜晶体管与有机无机杂化钙钛矿光电二极管两部分，所述金属氧化物薄膜晶体管包括基础衬底、栅极金属电极、栅极绝缘层、金属氧化物半导体薄膜、源漏金属电极、二氧化硅保护层、疏水层薄膜，所述有机无机杂化钙钛矿光电二极管包括氧化铟锡ITO电极、图形电子传输层、有机无机杂化钙钛矿材料层、电荷传输层、金属电极。
Description
技术领域
本发明涉及光探测器领域，尤其涉及一种钙钛矿红外像素单元器件及其制备方法。
背景技术
金属氧化物半导体薄膜晶体管，尤其是铟镓锌氧化物(IGZO)薄膜晶体管具有稳定、 高迁移率、透明、均一性佳等特点，广泛应用于显示面板阵列和探测器阵列中，但是IGZO 材料由于其禁带宽度较大(>3eV)，对于420nm以上的可见光波段无明显响应。有机无机杂化钙钛矿材料具有较宽的光吸收范围、载流子迁移率高、载流子产生速度快、载流子扩散长度长、载流子寿命长等特点，有机无机杂化钙钛矿材料优异的光吸收特性使得其在光电探测器领域也有很广泛的应用。为了实现较好的红外光电探测效应，可以将有机无机杂化红外探测钙钛矿材料与金属氧化物晶体管结合制备一种新型的红外光电探测器。
在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：有机无机杂化红外 探测钙钛矿光电二极管图案化过后性能有所变差；光电二极管的溶液制程会导致金属氧化 物薄膜晶体管性能变差具体表现为暗电流上升，亚阈值摆幅变大，阈值电压绝对值增加。
发明内容
本发明实施例提供一种钙钛矿图像传感器的像素单元结构及制备方法，将图形化的有 机无机杂化钙钛矿光电二极管通过金属氧化物半导体薄膜晶体管漏端电极串联，通过薄膜 晶体管控制感光二极管的积分电流时间进行图像传感。该方案提供了具有暗电流低，响应 速度快，宽光谱响应的像素单元，并且制备工艺简单，器件成功率高，在光探测器领域潜 力极大。
一方面，本发明实施例提供了一种钙钛矿图像传感像素单元，所述像素单元包括：基 础衬底，位于基础衬底上的栅极金属电极，金属氧化物半导体薄膜，源漏金属电极，除有机无机杂化红外探测钙钛矿光电二极管外将衬底及器件其余部分全部覆盖的疏水薄膜，所述全氟树脂CYTOP未覆盖的氧化铟锡ITO电极上制作光电二极管，所述的光电二极管包 含电荷传输层、有机无机杂化红外探测钙钛矿材料层、电荷传输层、光电二极管金属电极， 所述光电二极管金属电极投影面积等于或小于电荷传输层面积。
另一方面，本发明实施例提供了上述钙钛矿图像传感器像素单元的制备方法，所述钙 钛矿红外像素单元的制备方法包括：
在基础衬底上沉积栅极金属电极与栅极绝缘层，栅极绝缘层完全覆盖栅极金属电极；
在所述栅极绝缘层沉积金属氧化物半导体薄膜，并用光刻技术图案化；
在所述金属氧化物半导体薄膜上沉积源漏电极金属，漏出沟道部分金属氧化物半导体 薄膜；
在除金属氧化物半导体薄膜晶体管漏端引出的氧化铟锡ITO电极外基础衬底及器件其 余部分覆盖疏水薄膜，亲疏水薄膜与氧化铟锡ITO电极有小部分覆盖；
在所述全氟树脂CYTOP未覆盖的氧化铟锡ITO电极上制备图形电子传输层；
在所述电荷传输层上制备图形化的有机无机杂化红外探测钙钛矿层，所述电荷传输层 至少将图形化的有机无机杂化红外探测钙钛矿层与氧化铟锡ITO电极分隔开；
在所述图形化的有机无机杂化红外探测钙钛矿层上制备电荷传输层，电荷传输层至少 将有机无机杂化红外探测钙钛矿层与光电二极管金属电极分隔开；
在所述电荷传输层上制备光电二极管金属电极，光电二极管金属电极投影面积等于或 小于电荷传输层面积；
上述技术方案具有如下有益效果：本发明实施例采用金属氧化物半导体作为像素单元 沟道材料，有机无机杂化红外探测钙钛矿作为光吸收层材料，通过金属氧化物半导体薄膜 晶体管漏端引出的氧化铟锡ITO电极将有机无机杂化钙钛矿光电二极管与金属氧化物薄膜 晶体管串联，制备出金属氧化物半导体薄膜晶体管与红外探测钙钛矿光电二极管分隔结构 的晶体管，不仅利用了以铟镓锌氧化物IGZO为代表的金属氧化物半导体的稳定、高迁移 率、透明、均一性佳的特点，而且采用有机无机杂化红外探测钙钛矿这种性能优异的光吸 收材料，利用其对红外光吸收特性强、迁移率高、载流子产生速度快的特点克服以铟镓锌 氧化物IGZO为代表的金属氧化物半导体材料的禁带宽度较大，无法对红外光进行有效吸 收的弱点，并且可通过调节钙钛矿中的溴Br含量来调节禁带宽度。疏水层材料将有机无 机杂化红外探测钙钛矿光电二极管的各叠层材料与金属氧化物薄膜晶体管分隔开，避免了 金属氧化物薄膜上方出现有机无机杂化钙钛矿材料带来漏电流。因此，结合金属氧化物半 导体薄膜晶体管与有机无机杂化红外探测钙钛矿光电二极管，并通过金属氧化物半导体薄 膜晶体管漏端引出的氧化铟锡ITO电极串联的钙钛矿红外光电探测器能够充分结合金属氧 化物半导体高迁移率和钙钛矿材料高吸光性性能制备的像素单元，具有暗电流低、响应速 度快、宽光谱响应的技术效果；本发明实施例的制备方法与当前的工艺平台具有良好的兼 容性，器件的制备工艺简单，器件成功率高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技 术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明 的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根 据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例1、例2钙钛矿红外像素单元的结构示意图；
图2是本发明实施例钙钛矿红外像素单元制备方法流程图；
图3是本发明实施例1衬底上沉积栅极与栅极绝缘层后的结构示意图；
图4是本发明实施例1栅极绝缘层上沉积金属氧化物半导体薄膜后的结构示意图；
图5是本发明实施例1金属氧化物半导体薄膜上沉积源漏金属电极后的结构示意图；
图6是本发明实施例1在除金属氧化物半导体薄膜晶体管漏端引出的氧化铟锡ITO电 极外的基础衬底及器件其余部分覆盖钝化层与疏水薄膜之后的结构示意图；
图7是本发明实施例1在全氟树脂CYTOP未覆盖的氧化铟锡ITO电极上制备图形电子传输层之后的结构示意图；
图8是本发明实施例1在图形电子传输层上制备图形化的有机无机杂化红外探测钙钛 矿层之后的结构示意图；
图9是本发明实施例1在有机无机杂化红外探测钙钛矿层上制备电荷传输层之后的结 构示意图；
图10是本发明实施例1在电荷传输层上制备有机无机杂化钙钛矿光电二极管金属电 极之后的结构示意图；
图11为本发明实施例钙钛矿红外像素单元光暗条件下的转移特性曲线。
其中，图中：1－基础衬底，2－栅极金属电极，3－栅极绝缘层，4－金属氧化物半导体薄膜，5－源漏金属电极，6－二氧化硅保护层，7－疏水层薄膜，8－ITO电极，9－图形 电子传输层，10－有机无机杂化钙钛矿材料层，11－电荷传输层，12－金属电极。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地 描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本 发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实 施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，为本发明实施例1钙钛矿红外像素单元示意图，所述钙钛矿红外像素单 元包括基础衬底1、栅极金属电极2、栅极绝缘层3、金属氧化物半导体薄膜4、源漏金属电极5、二氧化硅保护层6、疏水层薄膜7、氧化铟锡ITO电极8、图形电子传输层9、有 机无机杂化钙钛矿材料层10、电荷传输层11、金属电极12；其中，栅极金属电极2位于 基础衬底1上，位于基础衬底1上且包裹栅极金属电极2，金属氧化物半导体薄膜4、氧 化铟锡ITO电极8、源漏金属电极5和二氧化硅保护层6位于栅极绝缘层3上，其中源漏 金属电极5和金属氧化物半导体薄膜4的底部处于同一平面，源漏金属电极5部分覆盖在 金属氧化物半导体薄膜4上，图形电子传输层9位于氧化铟锡ITO电极8上，二氧化硅保 护层6包裹金属氧化物半导体薄膜4、源漏金属电极5、氧化铟锡ITO电极8、图形电子传 输层9，其中二氧化硅保护层包裹金属氧化物半导体薄膜的顶部，包裹图形电子传输层的 左右两侧；疏水层薄膜7位于二氧化硅保护层6上，有机无机杂化钙钛矿材料层10位于 图形电子传输层9上，且有机无机杂化钙钛矿材料层10的底面积与图形电子传输层9的 底面积相等，电荷传输层11位于有机无机杂化钙钛矿材料层10上，且电荷传输层11的 底面积与有机无机杂化钙钛矿材料层10的底面积相等，金属电极12部分覆盖在电荷传输 层11上，且金属电极12的底面积小于电荷传输层11的顶面积；其中二氧化硅保护层6 部分包裹有机无机杂化钙钛矿材料层10的左右两侧，疏水层薄膜7部分包裹有机无机杂 化钙钛矿材料层10的左右两侧，疏水层薄膜7包裹电荷传输层11的左右两侧，金属电极 12裸露在疏水层薄膜7外；所述源漏金属电极5为L型电极，包括第一L型电极和第二L 型电极，第二L型电极包括第二横端和第二竖端，第二竖端与氧化铟锡ITO电极8侧向接 触，第二横端覆盖在金属氧化物半导体薄膜4上；所述有机无机杂化钙钛矿材料层10的 顶面高于二氧化硅保护层6的顶面，电荷传输层11的顶面低于疏水层薄膜7的顶面；
优选地，所述基础衬底1的材质为：玻璃、聚酰亚胺PI、聚对苯二甲酸乙二醇酯PET或聚萘二甲酸乙二醇酯PEN。
优选地，所述源漏金属电极5和金属氧化物半导体薄膜4在同一平面上；栅极金属电 极2为栅极绝缘层3完全覆盖，所述金属氧化物半导体薄膜4沉积在栅极绝缘层3表面。
优选地，所述疏水层薄膜7的材料包括：全氟树脂CYTOP；
所述电荷传输层9的材料包括：氧化锡SnO2、氧化钛TiO2；
所述电荷传输层9的厚度为10nm至90nm；
所述图形化的有机无机杂化红外探测钙钛矿材料层10位于图形电子传输层9正上方， 并且投影面积等于疏水层薄膜7裸露面积；
所述图形化的有机无机杂化红外探测钙钛矿材料层10的材料的化学式为ABX3，A包 括ABX3，A包括甲胺离子CH3NH3 +、甲脒离子NH2CHNH2 +、铯离子CS+、铷离子Rb+以 及此几种阳离子按照混合所形成的的混合物，B包括铅离子Pb2+、锡离子Sn2+、铋离子Bi2+、 铕离子Eu2+以及此几种阳离子按照混合所形成的的混合物，其中Sn2+是必须含有的元素， Sn离子占B位阳离子元素的比例在40％-60％之间；X包括碘离子I-、氯离子Cl-或溴离子 Br-；所述钙钛矿具有300nm到1100nm的光吸收能力。
所述图形化的有机无机杂化红外探测钙钛矿10厚度为20nm至2um；
所述电荷传输层11的材料包括：3-己基噻吩的聚合物P3HT、2,2,7,7-四[N,N-二(4-甲氧 基苯基)氨基]-9,9-螺二芴Spiro-MeOTAD、聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]PTAA；
所述电荷传输层11的厚度为10nm至90nm；
所述金属电极12的材料包括：金、银、铜；
所述金属氧化物半导体薄膜4的材料包括：铟镓锌氧化物IGZO、铟锌锡氧化物IZTO、 掺铝氧化锌AZO、锌锡氧化物ZTO、镁锌氧化物MZO；
所述金属氧化物半导体薄膜4的厚度为10nm至100nm；
所述二氧化硅保护层6的材料包括：聚甲基丙烯酸甲酯PMMA、全氟树脂CYTOP、 氧化硅SiOx、氮化硅SiNx和氧化铝Al2O3；
所述钝化层的厚度20nm至900nm。优选地，所述栅极金属电极2和源漏金属电极5为钼、金、银、铝、铜材料电极；
所述栅极金属电极2和源漏金属电极5的形状为条块状或叉指块状；
所述栅极金属电极2和源漏金属电极5的厚度为30nm至200nm；
所述源漏金属电极5形成的沟道长度为1um至100um，宽度为1um至1000um；所述
栅极绝缘层3为氧化硅SiOx、氮化硅SiNx、氧化铝Al2O3、氧化铪HfO2材料；
所述栅极绝缘层3厚度为50nm至500nm。
对应于上述方法实施例，如图3所示，在所述基础衬底上沉积栅极金属电极2与栅极 绝缘层3，栅极绝缘层3完全覆盖栅极金属电极2；
在所述栅极绝缘层3上沉积金属氧化物半导体薄膜4与源漏金属电极5，源漏金属电 极5部分覆盖金属氧化物半导体薄膜4，漏出沟道部分金属氧化物半导体；
所述疏水层薄膜7将除所述钙钛矿光电二极管区域之外部分完全覆盖；
所述图形电子传输层9、有机无机杂化红外探测钙钛矿10、电荷传输层11、钙钛矿光 电二极管金属电极12在疏水层薄膜7未覆盖的ITO电极8上面，或者钙钛矿光电二极管金属电极12面积略小于疏水层薄膜7未覆盖的ITO电极8。
优选的，在所述基础衬底1上沉积栅极金属电极2；
在所述栅极金属电极2上沉积栅极绝缘层3。
优选的，采用磁控溅射法或真空蒸镀法将所述栅极金属电极2生长到基础衬底1上， 然后通过光刻制程形成栅极图形；
采用磁控溅射法或化学气相沉积法所述栅极绝缘层3生长到栅极金属电极2上；
采用磁控溅射法或溶液加工法将所述金属氧化物半导体薄膜4直接生长到所述栅极绝 缘层3上，然后通过光刻制程形成块状有源区图形；采用氧气氛围、氮气氛围或空气氛围 对器件进行退火处理，退火温度为100℃至450℃，退火时间0.5小时至4小时。
采用磁控溅射法或真空蒸镀法将所述源漏金属电极5直接生长到基础衬底上，然后通 过光刻制程形成源漏金属电极图形，此时所述金属氧化物半导体薄膜4有源区和源漏金属 电极5有一定交叠。
优选的，使用溶液加工法及光刻制程或等离子体刻蚀方法在除所述钙钛矿光电二极管 之外制备疏水层薄膜7；使用溶液加工法疏水层薄膜7未覆盖的ITO电极8上制备电荷传 输层9；采用溶液旋涂法、或刮涂法、或喷涂法、或真空蒸镀法、或化学气相沉积法、或 丝网印刷法、或卷对卷印刷法在所述电荷传输层9上制备一层图形化有机无机杂化钙钛矿 材料层10，所述图形有机无机杂化钙钛矿材料层10投影面积不大于所述ITO电极8面积； 通过溶液旋涂法所述有机无机杂化钙钛矿材料层10上制备一层电荷传输层11，所述电荷 传输层11将所述图形电子传输层9和有机无机杂化钙钛矿材料层10全部覆盖。通过磁控 溅射法或真空蒸镀法制作所述金属电极12，所述的金属电极12投影面积等于或小于所述 的电荷传输层11面积。
如图3所示，为本发明实施例钙钛矿红外像素单元制备方法流程图，所述方法包括：
201、在所述基础衬底上沉积栅极金属电极2与栅极绝缘层3，栅极绝缘层3完全覆盖 栅电极2；请参考图3，图3是本发明实施例1沉积栅极金属电极2与栅极绝缘层3后的 结构示意图，所述源漏金属电极4为条块状或叉指状。
202、在所述源栅极绝缘层3上沉积金属氧化物半导体薄膜4；请同时参考图4，图4是本发明实施例1沉积金属氧化物半导体薄膜之后的结构示意图。
203、在所述金属氧化物半导体薄膜4上沉积源漏金属电极5，在金属氧化物薄膜晶体 管漏端引出ITO电极8；请参考图5，图5是本发明实施例1沉积源漏金属电极4后的结 构示意图，所述源漏金属电极4为条块状或叉指状，源漏金属电极4在金属氧化物半导体 薄膜4表面的两端，漏出沟道部分，如图5所示。
204、在除所述金属氧化物半导体薄膜晶体管漏端引出的ITO电极8外的基础衬底及 器件其余部分覆盖二氧化硅保护层6与疏水层薄膜7；请参考图6，图6是本发明实施例1在除所述金属氧化物半导体薄膜晶体管漏端引出的ITO电极8外的基础衬底及器件其余部分覆盖二氧化硅保护层6与疏水层薄膜7后的结构示意图。
205、在所述疏水层薄膜7未覆盖的ITO电极8上制备图形电子传输层9；请参考图7，图7是本发明实施例1在所述疏水层薄膜7未覆盖的ITO电极8上制备图形电子传输层9 后的结构示意图。
206、在所述图形电子传输层9上制备图形化有机无机杂化钙钛矿材料层10，所述图 形电子传输层图形电子传输层9至少将图形化有机无机杂化钙钛矿材料层10与ITO电极8 分隔开；请参考图8，图8是本发明实施例1电荷传输层上淀积图形化的有机无机杂化钙钛矿材料层之后的结构示意图。
207、在所述有机无机杂化钙钛矿材料层10制备电荷传输层11，请参考图9，图9是本发明实施例1在所述有机无机杂化钙钛矿材料层10制备电荷传输层11之后的结构示意图。
208、在所述电荷传输层11上制备有机无机杂化钙钛矿光电二极管金属电极12，请参考图 10，图10是本发明实施例1在所述电荷传输层11上制备有机无机杂化钙钛矿光电二极管 金属电极12之后的结构示意图。
上述技术方案具有如下有益效果：本发明实施例采用金属氧化物半导体作为像素单元 沟道材料，有机无机杂化红外探测钙钛矿作为光吸收层材料，通过金属氧化物半导体薄膜 晶体管漏端引出的ITO电极将有机无机杂化钙钛矿光电二极管与金属氧化物薄膜晶体管串 联，制备出金属氧化物半导体薄膜晶体管与红外探测钙钛矿光电二极管分隔结构的晶体 管，不仅利用了以IGZO为代表的金属氧化物半导体的稳定、高迁移率、透明、均一性佳 的特点，而且采用有机无机杂化红外探测钙钛矿这种性能优异的光吸收材料，利用其对红 外光吸收特性强、迁移率高、载流子产生速度快的特点克服以IGZO为代表的金属氧化物半导体材料的禁带宽度较大，无法对红外光进行有效吸收的弱点，并且可通过调节钙钛矿中的Br含量来调节禁带宽度。疏水层材料将有机无机杂化红外探测钙钛矿光电二极管的各叠层材料与金属氧化物薄膜晶体管分隔开，避免了金属氧化物薄膜上方出现有机无机杂化钙钛矿材料带来漏电流。因此，结合金属氧化物半导体薄膜晶体管与有机无机杂化红外探测钙钛矿光电二极管，并通过金属氧化物半导体薄膜晶体管漏端引出的ITO电极串联的钙钛矿红外光电探测器能够充分结合金属氧化物半导体高迁移率和钙钛矿材料高吸光性性能制备的像素单元，具有暗电流低、响应速度快、宽光谱响应的技术效果；本发明实施 例的制备方法与当前的工艺平台具有良好的兼容性。
下面将举应用实例参考附图结合实施例详细说明本发明实施例上述技术方案，本发明 应用实例新型钙钛矿红外像素单元的制备方法简述如下：
1、选择玻璃衬底作为衬底材料，实验前衬底分别在去离子水，丙酮，酒精中各超声15分钟。
2、栅极钼Mo金属电极的制备
(1)磁控溅射前准备
旋涂光刻胶，并利用光刻使有效区域裸露，无效区域均被光刻胶覆盖。
(2)钼Mo金属电极的制备
将光刻好的衬底放入磁控溅射台中，当溅射台箱内真空达到9.9×10-4Pa时，通入氩气 Ar，使得腔内真空度稳定在0.36Pa，使用直流电源功率80W溅射150s，得到120nm厚的Mo薄膜，并通过剥离形成栅极图形。
3、栅绝缘层二氧化硅SiO2的制备
将样片放入等离子体增强化学气相淀积PECVD***反应室中，反应室抽至高真空，反应室温度升至300℃，射频功率为30W，然后向反应室内同时通入流量为100sccm的SiH4和400sccm的N2O，压强控制在0.7Pa，生长200nm厚的SiO2薄膜。
4、有源层铟镓锌氧化物IGZO的制备
(1)铟镓锌氧化物IGZO薄膜的制备
将衬底放入磁控溅射台中，当溅射台箱内真空达到5×10-4Pa时，通入氩气Ar和氧气 O2，流量比为47∶3，使用直流电源功率100W溅射300s，得到40nm厚的铟镓锌氧化物 IGZO薄膜。
(2)铟镓锌氧化物IGZO的图形化
旋涂光刻胶，光刻并用稀盐酸刻蚀铟镓锌氧化物IGZO薄膜；采用丙酮超声去除光刻 胶。
5、退火处理
将制作好金属氧化物薄膜的晶体管器件置于200℃纯氧气条件下退火处理1小时。
6、源漏金属电极Mo的制备
(1)磁控溅射前准备
旋涂光刻胶，并利用光刻使有效区域裸露，无效区域均被光刻胶覆盖。
(2)Mo电极的制备
将光刻好的衬底放入磁控溅射台中，当溅射台箱内真空达到9.9×10-4Pa时，通入氩气 Ar，使得腔内真空度稳定在0.36Pa，使用直流电源功率80W溅射150s，得到120nm厚的Mo薄膜，并通过剥离形成源漏图形。
7、钝化层与疏水层全氟树脂CYTOP的制备
(1)全氟树脂CYTOP溶液的配置
全氟树脂CYTOP与solvent的比例为1:10，常温搅拌1小时。
(2)光刻胶牺牲层的制备
旋涂光刻胶，并利用光刻使得光刻胶只覆盖在金属氧化物半导体薄膜上，衬底及器件 其余位置无光刻胶。
(3)完成图形化疏水层全氟树脂CYTOP的制备
将搅拌好的CYTOP溶液均匀旋涂吸附在包括光刻胶牺牲层的衬底表面，转速3000rpm， 旋涂60s，并在加热台上100℃退火30s，然后放入丙酮溶液中超声10s后浸泡10min，然 后在加热台100℃退火10min，得到厚度为20nm至30nm的图形化CYTOP疏水层，CYTOP 疏水层将除金属氧化物半导体薄膜外的衬底及器件其余部分全部覆盖。
8、电荷传输层氧化锡SnO2层制备
(1)氧化锡SnO2溶液的配制
将SnO2胶体分散液与去离子水以1:6.5的体积比混合。
(2)电荷传输层氧化锡SnO2层的制备
将混合均匀的氧化锡SnO2溶液均匀旋涂样品上CYTOP未覆盖的ITO区域，转速为3000rpm，旋涂30s，并在加热台180℃下退火30分钟。9、有机无机杂化红外探测钙钛矿(CH3NH3)0.4(NH2CHNH2)0.6Sn0.6Pb0.4I3层的制备
(1)红外探测钙钛矿前驱液的配置
配置浓度为1.25mol/L的甲氨铅碘钙钛矿CH3NH3PbI3和甲醚锡碘钙钛矿NH2CHNH2SnI3溶液，常温搅拌12小时，搅拌均匀后按照体积比2:3混合CH3NH3PbI3和NH2CHNH2SnI3溶液，并常温搅拌12小时。
(2)图形化的有机无机杂化红外探测钙钛矿甲氨甲醚锡铅碘钙钛矿(CH3NH3)0.4(NH2CHNH2)0.6Sn0.6Pb0.4I3层的制备
将混合搅拌均匀的有机无机杂化红外探测钙钛矿前驱液均匀旋涂吸附在衬底上，转速 为4000rpm，在旋转后的第7s滴加反溶剂，旋涂30s，并在加热台100℃下退火20分钟，得到厚度为500nm至700nm的均匀致密的有机无机杂化红外探测钙钛矿(CH3NH3)0.4(NH2CHNH2)0.6Sn0.6Pb0.4I3层。
9、电荷传输层3-己基噻吩的聚合物P3HT层制备
(1)3-己基噻吩的聚合物P3HT溶液的配制
将1mL的氯苯溶液加入20mg的3-己基噻吩的聚合物P3HT当中，静置12h使其充分溶解。
(2)电荷传输层氧化锡SnO2层的制备
将充分溶解的3-己基噻吩的聚合物P3HT溶液溶液均匀旋涂在有机无机杂化钙钛矿表 面，转速为2000rpm，旋涂40s，并在加热台100℃下退火10分钟。
10、有机无机杂化钙钛矿光电二极管金属Au电极的制备
将贴好金属电极掩膜版的衬底放入蒸镀机中，当蒸镀机腔体内真空达到9.9×10-4Pa时， 将金属Au舟通上电流，以
的速率预蒸镀2nm，然后打开样品挡板蒸镀100nm的金电极。
实验效果：利用半导体分析仪对新型钙钛矿红外像素单元进行性能测试。
如图11所示，为本发明应用实例提出的钙钛矿红外像素单元在光暗条件下的转移特 性曲线。源漏两端外加0.1V，无光照时晶体管开态电流为2.45×10-7A，在光强为685.5.5mW/cm2、波长为940nm的光源照射下晶体管的开态电流上升到5.175×10-6A；开态下，光暗电流比为21.1。
综上可见，在IGZO晶体管上沉积一层图形化的有机无机杂化红外探测钙钛矿(CH3NH3)0.4(NH2CHNH2)0.6Sn0.6Pb0.4I3层，大幅提高了探测器对红外光波段的吸收， 采用有机无机杂化钙钛矿光电二极管与金属氧化物薄膜晶体管串联的像素单元结构，以全 氟树脂CYTOP作为疏水层，并对疏水层做了图形化处理，使得疏水层覆盖除金属氧化物 半导体薄膜晶体管漏端引出的ITO电极外的衬底及器件其余部分，以氧化锡SnO2作为图 形电子传输层，再使用旋涂吸附的方法，退火后形成有机无机杂化红外探测钙钛矿 (CH3NH3)0.4(NH2CHNH2)0.6Sn0.6Pb0.4I3层，同时采用3-己基噻吩的聚合物P3HT作为 空穴传输层材料，最后使用金作为有机无机杂化钙钛矿光电二极管金属电极。此法避免了 钙钛矿中的离子进入IGZO层带来的IGZO特性恶化，同时有效抑制了旋涂法中钙钛矿薄 膜与金属源漏电极直接接触时造成暗电流较大的缺点。
应该明白，公开的过程中的步骤的特定顺序或层次是示例性方法的实例。基于设计偏 好，应该理解，过程中的步骤的特定顺序或层次可以在不脱离本公开的保护范围的情况下 得到重新安排。所附的方法权利要求以示例性的顺序给出了各种步骤的要素，并且不是要 限于所述的特定顺序或层次。
在上述的详细描述中，各种特征一起组合在单个的实施方案中，以简化本公开。不应 该将这种公开方法解释为反映了这样的意图，即，所要求保护的主题的实施方案需要比清 楚地在每个权利要求中所陈述的特征更多的特征。相反，如所附的权利要求书所反映的那 样，本发明处于比所公开的单个实施方案的全部特征少的状态。因此，所附的权利要求书 特此清楚地被并入详细描述中，其中每项权利要求独自作为本发明单独的优选实施方案。
为使本领域内的任何技术人员能够实现或者使用本发明，上面对所公开实施例进行了 描述。对于本领域技术人员来说；这些实施例的各种修改方式都是显而易见的，并且本文 定义的一般原理也可以在不脱离本公开的精神和保护范围的基础上适用于其它实施例。因 此，本公开并不限于本文给出的实施例，而是与本申请公开的原理和新颖性特征的最广范 围相一致。
上文的描述包括一个或多个实施例的举例。当然，为了描述上述实施例而描述部件或 方法的所有可能的结合是不可能的，但是本领域普通技术人员应该认识到，各个实施例可 以做进一步的组合和排列。因此，本文中描述的实施例旨在涵盖落入所附权利要求书的保 护范围内的所有这样的改变、修改和变型。此外，就说明书或权利要求书中使用的术语“包 含”，该词的涵盖方式类似于术语“包括”，就如同“包括，”在权利要求中用作衔接词所解释的那样。此外，使用在权利要求书的说明书中的任何一个术语“或者”是要表示“非排它性的或者”。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细 说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的 保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包 含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种钙钛矿图像传感器的光敏像素单元，其特征在于，所述光敏像素单元包括金属氧化物薄膜晶体管与有机无机杂化钙钛矿光电二极管两部分，所述金属氧化物薄膜晶体管包括基础衬底(1)、栅极金属电极(2)、栅极绝缘层(3)、金属氧化物半导体薄膜(4)、源漏金属电极(5)、二氧化硅保护层(6)、疏水层薄膜(7)，所述有机无机杂化钙钛矿光电二极管包括氧化铟锡ITO电极(8)、图形电子传输层(9)、有机无机杂化钙钛矿材料层(10)、电荷传输层(11)、金属电极(12)；其中，栅极金属电极(2)位于基础衬底(1)上，栅极绝缘层(3)位于基础衬底(1)上且包裹栅极金属电极(2)，金属氧化物半导体薄膜(4)、氧化铟锡ITO电极(8)、源漏金属电极(5)和二氧化硅保护层(6)位于栅极绝缘层(3)上，其中源漏金属电极(5)和金属氧化物半导体薄膜(4)的底部处于同一平面，源漏金属电极(5)部分覆盖在金属氧化物半导体薄膜(4)上，图形电子传输层(9)位于氧化铟锡ITO电极(8)上，二氧化硅保护层(6)包裹金属氧化物半导体薄膜(4)、源漏金属电极(5)、氧化铟锡ITO电极(8)、图形电子传输层(9)；疏水层薄膜(7)位于二氧化硅保护层(6)上，有机无机杂化钙钛矿材料层(10)位于图形电子传输层(9)上，且有机无机杂化钙钛矿材料层(10)的底面积与图形电子传输层(9)的底面积相等，电荷传输层(11)位于有机无机杂化钙钛矿材料层(10)上，且电荷传输层(11)的底面积与有机无机杂化钙钛矿材料层(10)的底面积相等，金属电极(12)部分覆盖在电荷传输层(11)上，且金属电极(12)的底面积小于电荷传输层(11)的顶面积；其中二氧化硅保护层(6)部分包裹有机无机杂化钙钛矿材料层(10)，疏水层薄膜(7)部分包裹有机无机杂化钙钛矿材料层(10)，疏水层薄膜(7)包裹电荷传输层(11)，金属电极(12)裸露在疏水层薄膜(7)外。
2.根据权利要求1所述的钙钛矿图像传感器的光敏像素单元，其特征在于，所述基础衬底(1)的材质为：玻璃、聚酰亚胺PI、聚对苯二甲酸乙二醇酯PET或聚萘二甲酸乙二醇酯PEN。
3.根据权利要求1所述的钙钛矿图像传感器的光敏像素单元，其特征在于，所述有机无机杂化钙钛矿材料层(10)的顶面高于二氧化硅保护层(6)的顶面，电荷传输层(11)的顶面低于疏水层薄膜(7)的顶面。
4.根据权利要求1所述的钙钛矿图像传感器的光敏像素单元，其特征在于，所述源漏金属电极(5)和金属氧化物半导体薄膜(4)在同一平面上；栅极金属电极(2)为栅极绝缘层(3)完全覆盖，所述金属氧化物半导体薄膜(4)沉积在栅极绝缘层(3)表面。
5.根据权利要求1所述的钙钛矿图像传感器的光敏像素单元，其特征在于，
所述疏水层薄膜(7)的材料包括：全氟树脂CYTOP；
所述图形电子传输层(9)的材料包括：氧化锡SnO2、氧化钛TiO2；
所述图形电子传输层(9)的厚度为10nm至90nm；
所述图形化的有机无机杂化钙钛矿材料层(10)位于图形电子传输层(9)正上方，并且投影面积等于疏水层薄膜(7)裸露面积；
所述图形化的有机无机杂化钙钛矿材料层(10)的材料的化学式为ABX3，A包括ABX3，A包括甲胺离子CH3NH3 +、甲脒离子NH2CHNH2 +、铯离子CS+、铷离子Rb+以及此几种阳离子混合所形成的混合物，B包括铅离子Pb2+、锡离子Sn2+、铋离子Bi2+、铕离子Eu2+以及此几种阳离子混合所形成的混合物，其中锡离子Sn2+是必须含有的元素，锡离子占B位阳离子元素的比例在40％-60％之间；X包括I-、Cl-或Br-；所述钙钛矿具有300nm到1100nm的光吸收能力；
所述图形化的有机无机杂化钙钛矿材料层(10)厚度为20nm至2um；
所述电荷传输层(11)的材料包括：3-己基噻吩的聚合物P3HT、2,2,7,7-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9-螺二芴Spiro-MeOTAD、聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]PTAA；
所述电荷传输层(11)的厚度为10nm至90nm；
所述金属电极(12)的材料包括：金、银、铜；
所述金属氧化物半导体薄膜(4)的材料包括：铟镓锌氧化物IGZO、铟锌锡氧化物IZTO、掺铝氧化锌AZO、锌锡氧化物ZTO、镁锌氧化物MZO；
所述金属氧化物半导体薄膜(4)的厚度为10nm至100nm；
所述二氧化硅保护层(6)的材料包括：聚甲基丙烯酸甲酯PMMA、全氟树脂CYTOP、氧化硅SiOx、氮化硅SiNx和氧化铝Al2O3；
所述二氧化硅保护层的厚度20nm至900nm。
6.根据权利要求1所述的钙钛矿图像传感器的光敏像素单元，其特征在于，
所述栅极金属电极(2)和源漏金属电极(5)为钼、金、银、铝、铜材料电极；
所述栅极金属电极(2)和源漏金属电极(5)的形状为条块状或叉指块状；
所述栅极金属电极(2)和源漏金属电极(5)的厚度为30nm至200nm；
所述源漏金属电极(5)形成的沟道长度为1um至100um，宽度为1um至1000um；所述栅极绝缘层(3)为氧化硅SiOx、氮化硅SiNx、氧化铝Al2O3、氧化铪HfO2材料；
所述栅极绝缘层(3)厚度为50nm至500nm。
7.一种权利要求1至6任一项所述钙钛矿图像传感器的光敏像素单元的制备方法，其特征在于，在所述基础衬底上沉积栅极金属电极(2)与栅极绝缘层(3)，栅极绝缘层(3)完全覆盖栅极金属电极(2)；
在所述栅极绝缘层(3)上沉积金属氧化物半导体薄膜(4)与源漏金属电极(5)，源漏金属电极(5)部分覆盖金属氧化物半导体薄膜(4)，漏出沟道部分金属氧化物半导体；
所述疏水层薄膜(7)将除所述有机无机杂化钙钛矿光电二极管之外完全覆盖；
所述图形电子传输层(9)、有机无机杂化钙钛矿材料层(10)、电荷传输层(11)、钙钛矿光电二极管金属电极(12)在疏水层薄膜(7)未覆盖的氧化铟锡ITO电极(8)上面，或者钙钛矿光电二极管金属电极(12)面积略小于疏水层薄膜(7)未覆盖的氧化铟锡ITO电极(8)。
8.根据权利要求7所述的钙钛矿图像传感器的光敏像素单元的制备方法，其特征在于，
在所述基础衬底(1)上沉积栅极金属电极(2)；
在所述栅极金属电极(2)上沉积栅极绝缘层(3)。
9.根据权利要求8所述的钙钛矿图像传感器的光敏像素单元的制备方法，其特征在于，
采用磁控溅射法或真空蒸镀法将所述栅极金属电极(2)生长到基础衬底(1)上，然后通过光刻制程形成栅极图形；
采用磁控溅射法或化学气相沉积法所述栅极绝缘层(3)生长到栅极金属电极(2)上；
采用磁控溅射法或溶液加工法将所述金属氧化物半导体薄膜(4)直接生长到所述栅极绝缘层(3)上，然后通过光刻制程形成块状有源区图形；采用氧气氛围、氮气氛围或空气氛围对器件进行退火处理，退火温度为100℃至450℃，退火时间0.5小时至4小时；
采用磁控溅射法或真空蒸镀法将所述源漏金属电极(5)直接生长到基础衬底上，然后通过光刻制程形成源漏金属电极图形，此时所述金属氧化物半导体薄膜(4)有源区和源漏金属电极(5)有一定交叠。
10.根据权利要求7所述的钙钛矿图像传感器的光敏像素单元的制备方法，其特征在于，
使用溶液加工法及光刻制程或等离子体刻蚀方法在除所述钙钛矿光电二极管之外制备疏水层薄膜(7)；使用溶液加工法疏水层薄膜(7)未覆盖的氧化铟锡ITO电极(8)上制备图形电子传输层(9)；采用溶液旋涂法、或刮涂法、或喷涂法、或真空蒸镀法、或化学气相沉积法、或丝网印刷法、或卷对卷印刷法在所述图形电子传输层(9)上制备一层图形化有机无机杂化钙钛矿材料层(10)，所述图形有机无机杂化钙钛矿材料层(10)投影面积不大于所述氧化铟锡ITO电极(8)面积；通过溶液旋涂法所述有机无机杂化钙钛矿材料层(10)上制备一层电荷传输层(11)，所述电荷传输层(11)将所述图形电子传输层(9)和有机无机杂化钙钛矿材料层(10)全部覆盖，通过磁控溅射法或真空蒸镀法制作所述金属电极(12)，所述的金属电极(12)投影面积等于或小于所述的电荷传输层(11)面积。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910546230.0A CN110277418B (zh) | 2019-06-21 | 2019-06-21 | 一种钙钛矿图像传感器的像素单元及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910546230.0A CN110277418B (zh) | 2019-06-21 | 2019-06-21 | 一种钙钛矿图像传感器的像素单元及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110277418A CN110277418A (zh) | 2019-09-24 |
| CN110277418B true CN110277418B (zh) | 2021-03-30 |
Family
ID=67961517
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910546230.0A Active CN110277418B (zh) | 2019-06-21 | 2019-06-21 | 一种钙钛矿图像传感器的像素单元及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110277418B (zh) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11239397B2 (en) * | 2019-12-11 | 2022-02-01 | Mikro Mesa Technology Co., Ltd. | Breathable and waterproof micro light emitting diode display |
| US12027649B2 (en) | 2019-12-11 | 2024-07-02 | Mikro Mesa Technology Co., Ltd. | Breathable micro light emitting diode display |
| CN111180532B (zh) | 2020-01-06 | 2022-06-10 | 武汉华星光电技术有限公司 | 一种光电二极管及其制作方法以及显示屏 |
| CN111430392B (zh) * | 2020-04-01 | 2022-08-23 | 合肥京东方光电科技有限公司 | 平板探测器及制备方法 |
| CN112201673A (zh) * | 2020-09-15 | 2021-01-08 | 北京大学深圳研究生院 | 一种钙钛矿光电探测器及其制备方法 |
| CN112802863B (zh) * | 2021-01-21 | 2023-02-24 | 上海大学 | 一种图像传感器及其制备方法 |
| CN113725315B (zh) * | 2021-09-02 | 2023-10-20 | 上海交通大学 | 基于Micro-LED的片上传感集成装置 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102916085A (zh) * | 2012-10-30 | 2013-02-06 | 上海奕瑞光电子科技有限公司 | 氧化物半导体薄膜探测器的制备方法及其应用 |
| CN103137641A (zh) * | 2013-01-25 | 2013-06-05 | 北京京东方光电科技有限公司 | 一种阵列基板及其制作方法、x射线平板探测器 |
| CN109904177A (zh) * | 2019-01-07 | 2019-06-18 | 上海奕瑞光电子科技股份有限公司 | 一种x射线平板探测器及其制备方法 |
-
2019
- 2019-06-21 CN CN201910546230.0A patent/CN110277418B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102916085A (zh) * | 2012-10-30 | 2013-02-06 | 上海奕瑞光电子科技有限公司 | 氧化物半导体薄膜探测器的制备方法及其应用 |
| CN103137641A (zh) * | 2013-01-25 | 2013-06-05 | 北京京东方光电科技有限公司 | 一种阵列基板及其制作方法、x射线平板探测器 |
| CN109904177A (zh) * | 2019-01-07 | 2019-06-18 | 上海奕瑞光电子科技股份有限公司 | 一种x射线平板探测器及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110277418A (zh) | 2019-09-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110277418B (zh) | 一种钙钛矿图像传感器的像素单元及其制备方法 | |
| US10475824B2 (en) | Display panel, its manufacturing method, and display device | |
| US20160359054A1 (en) | Array substrate and method of fabricating the same, display panel and display device | |
| US10707236B2 (en) | Array substrate, manufacturing method therefor and display device | |
| CN108023019B (zh) | 一种钙钛矿光电晶体管及其制备方法 | |
| TWI458021B (zh) | 發光裝置及其製造方法 | |
| CN102386204B (zh) | 有机发光显示装置及其制造方法 | |
| JP5458367B2 (ja) | 薄膜トランジスタ及びその製造方法 | |
| US20140312343A1 (en) | Semiconductor device and method for manufacturing the same | |
| TW201214712A (en) | Method for manufacturing semiconductor device | |
| WO2012043338A1 (ja) | 薄膜トランジスタ及びその製造方法、薄膜トランジスタを備える画像表示装置 | |
| TW201203392A (en) | Method for manufacturing semiconductor device | |
| TW201203388A (en) | Manufacturing method of semiconductor device | |
| TW201145404A (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
| CN111697006A (zh) | 显示面板及显示面板的制备方法 | |
| US9515193B2 (en) | Metal oxide film, method for manufacturing same, thin film transistor, display apparatus, image sensor, and X-ray sensor | |
| JP2008252097A (ja) | 酸化チタニウムを活性層として有する薄膜トランジスタの製造方法およびその構造 | |
| JP6741383B2 (ja) | トランジスタ及び表示装置 | |
| KR101926955B1 (ko) | 금속 산화물막의 제조 방법, 금속 산화물막, 박막 트랜지스터, 및 전자 디바이스 | |
| US8507330B2 (en) | Thin film transistor | |
| CN207818623U (zh) | 一种钙钛矿光电晶体管 | |
| JP5610406B2 (ja) | 薄膜トランジスタの製造方法 | |
| KR101884100B1 (ko) | 금속 산화물막의 제조 방법, 금속 산화물막, 박막 트랜지스터, 및 전자 디바이스 | |
| CN216793697U (zh) | 金属氧化物TFT、x射线探测器和显示面板 | |
| CN113363278A (zh) | 一种基于透明薄膜晶体管的光电探测器阵列及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |