[发明专利]具有增强的增益和灵敏度的量子点光学器件及其制造方法

说明书

本申请是申请号为200680036992.7、发明名称为“具有增强的增益和灵敏度的量子点光学器件及其制造方法”的中国发明专利申请的分案申请。 

相关申请的交叉引用 

本申请根据35U.S.C.§119(e)，要求2005年8月25日提交的名为“Method for Increasing Gain and Sensitivity from Spin-Cast Colloidal Quantum Dot Photodetectors”的美国临时申请序列号60/710,944的权益，该申请的全部内容通过引用并入本文。本申请还是2006年1月9日提交的美国申请序列号11/327,655的部分继续申请，该申请要求2005年1月7日提交的美国临时申请序列号60/641,766的优先权，二者均通过引用并入本文。 

本申请还涉及下列申请，其全部内容通过引用并入本文： 

与本申请在同一日期提交的名为“Quantum Dot Optical Devices withEnhanced Gain and Sensitivity and Methods of Making Same”的美国专利申请序列号(TBA)； 

与本申请在同一日期提交的名为“Methods of Making Quantum DotFilms”的美国专利申请序列号(TBA)； 

与本申请在同一日期提交的名为“Electronic and OptoelectronicDevices with Quantum Dot Films”的美国专利申请序列号(TBA)； 

2005年4月19日提交的名为“Optically Regulated Optical EmissionUsing Colloidal Quantum Dot Nanocrystals”的美国专利申请序列号11/108,900；和 

2004年4月19日提交的名为“Multi-Color Optical and InfraredEmission Using Colloidal Quantum Nanocrystals”的美国临时专利申请序列号60/563,012。 

技术领域

本发明通常涉及包含纳米晶体例如量子点的光学和电子器件。

背景技术

当前用于短波长红外(SWIR)光探测和成像的许多系统是通过化合物半导体例如InGaAs的外延生长或者多晶PbS或PbSe的化学浴生长来实现。这些技术可产生特别灵敏的探测器，例如在室温下来自PbS的高达8×10¹⁰Jones的归一化探测灵敏度，D＊，但是它们的沉积与成熟的硅集成电路制造技术通常不相容。在这样的系统中，硅电子读出阵列和红外敏感光电探测器阵列是分别制造的。这种非单片工艺于是必需复杂的装配程序，导致成品率低、分辨率差(例如，低成本商业化的硅相机像素数是它的至少10倍)和高成本(例如，是硅相机至少100倍)。

使用量子点作为光敏材料也可实现SWIR光探测和成像；然而，使用量子点的成像系统通常具有相对低的增益和灵敏度。在下面给出的并入的参考文献中可发现使用量子点的成像系统的一些实例及其应用。

在图1中说明了配体-包覆的QD纳米晶体。该QD包括核100，其包括尺寸相对小(例如约1-10nm，例如在该图中所示的约5nm)的高结晶半导体区域。所述核是通常高度结晶的或甚至可以是完美结晶的，已知具有基本均匀的结构和组成。QD被附着在其外表面的多个配体120所包围。具体地，每个配体120包括用锯齿状线表示的长链和用三角形表示的末端官能团150，该末端官能团使得配体连接于QD的外表面。

QD在溶液中的制备、用合适的配体稳定QD以及典型QD特性例如尺寸可调的吸收和发射是公知的。与外延-生长(例如Stranski-Krastanov-模式生长)或其它方式沉积的QD相比，溶液-制备的QD可称为“胶体的”。进一步的细节可在下面包含的并入的参考文献中找到。

发明内容

本发明在此描述的实施方案具有多个方面，包括成像系统、焦平面阵列，焦平面阵列包括在底层电路(例如，包括集成电路的读出结构)上形 成的光敏层，该光敏层被图案化以基于逐个像素来测量和传送光学信号、电子信号或二者，其中信号指示在制造焦平面阵列的介质中吸收的光。电路实现将从各自像素读入的值多路传输到通过电极运送的数据行或列中。通常由具有合适界面的溶液相处理的后续层使底层焦平面阵列敏化从而变得对这些新层所吸收的波长响应。利用底层芯片对它们的所产生的电子信号进行寄存和传送。