基于荧光下转换材料Alq3的紫外增强CMOS图像传感器及其制备方法与流程

本发明属于紫外光电探测，尤其涉及一种基于下转换纳米材料的紫外增强硅基cmos图像传感器及其制备方法。

背景技术：

1、互补金属氧化物半导体（cmos）图像传感器是一种半导体集成光电器件，采用标准的cmos工艺方法在硅衬底上集成了多种功能单元，包括微透镜、放大器、模拟数字转换、存储器、数字信号处理和计算机接口电路等。随着集成电路技术和半导体技术的飞速发展，自20世纪80年代中期以来，cmos技术在半导体领域经历了不断的改进和创新。从最初的几十个像素迈进到现今亿级像素大面阵cmos图像传感器，其性能得到了极大地提升和完善，已广泛应用于智能手机、工业视觉、飞行智能单元、医疗器械和安防监控等诸多领域。同时，为满足各种应用场景的需求，cmos技术也在不断地优化和改进。

2、硅材料具有适当的带隙、高可靠性和低成本，同时能够兼容cmos制造工艺，故而被广泛应用于紫外-可见光检测领域。与此同时，由于硅半导体在紫外区域的吸收系数大于

3、106/cm，所以紫外光在硅材料的穿透深度小于100 nm，相应的光信号不能穿过硅衬底达到光电二极管，导致传统的硅基cmos图像传感器在紫外光波段的响应不高。基于此，半导体工艺技术相关研究人员对增强图像传感器在紫外区域响应做了一系列研究，包括控制离子注入浓度、高温退火工艺、掺杂技术、背减薄技术、ito代替多晶硅栅极以及紫外增透材料制备工艺，从而进一步增强成像器件的紫外响应能力，但这增加了器件制备的复杂度，成本也非常高。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决传统硅基cmos图像传感器在400 nm以下的紫外波段的响应能力不足的问题，提出一种基于下转换纳米材料的紫外增强硅基cmos图像传感器及其制备方法。

2、基于荧光下转换材料alq3的紫外增强cmos图像传感器，其特征在于传感器包括硅基cmos图像传感器、下转换纳米材料，下转换纳米材料沉积在硅基cmos图像传感器的光敏面上；

3、所述下转换纳米材料为alq3薄膜，厚度为380 nm。

4、所述下转换纳米材料通过热蒸发的方式沉积在硅基cmos图像传感器的光敏面上。

5、所述下转换纳米材料的激发波长的峰值在380 nm，发射波长峰值在514 nm，可以与传统硅基cmos图像传感器的光谱响应峰值有很好的匹配。

6、所述下转换纳米材料薄膜具有很好的光稳定性和热稳定性，薄膜在150℃温度下退火20 min后，其发射峰的荧光强度保持在原来的91.6%；在280 nm激发波长照射大约60min后，发光强度保持在初始值的22%。

7、基于荧光下转换材料alq3的紫外增强cmos图像传感器制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

8、s1，拆除硅基cmos图像传感器的石英窗口，使cmos图像传感器的光敏面裸露在外面；

9、s2，将拆除石英窗口的硅基cmos图像传感器固定在蒸发镀膜机的样品盘上，光敏面朝下，下转换纳米材料放置在蒸发舟内；

10、s3，采用电阻式蒸发原理，对蒸发舟内的下转换纳米材料进行加热，在真空状态下使其熔化升华，从而在cmos的光敏面上沉积纳米薄膜，实现下转换纳米材料和器件的耦合。

11、所述步骤s3中的蒸发温度为150℃，蒸发时间60 min，升温速率为5℃/min，真空度在5×10-4pa以下。

12、本发明中，采用一种低成本的下转换纳米材料实现紫外到可见光的转换，发射出的可见光可以与硅基cmos图像传感器的光谱响应峰值很好的匹配，提升硅基cmos图像传感器在400 nm以下的紫外波段的响应能力。本发明中的下转换纳米材料具有高的光转换效率、优异的热稳定性和光稳定性，在可见光区域及红外区域有很好的透过率，通过热蒸发制备的薄膜有更好的均匀性。

13、本发明中，荧光下转换材料吸收紫外光后，电子会从基态跃迁至更高能量的激发态，留下价带空穴，能级变化会造成辐射衰变释放光子从而产生荧光，从而实现紫外光到可见光的转换，下转换紫外增强原理如图1所示。下转换纳米材料的激发波长的峰值在380nm，发射波长峰值在514 nm，可以与cmos图像传感器的光谱响应峰值很好的匹配，如图2所示。下转换纳米材料薄膜具有很好的热稳定性，在25-250 ℃温度范围内，在不同温度梯度下对荧光下转换薄膜进行退火，alq3薄膜在紫外光激发下的光致发光光谱，其发射光谱峰值的荧光强度与退火温度的关系如图3所示。在25-150 ℃温度范围内，薄膜的发光强度基本保持不变，在150 ℃时，发光光谱的峰值强度为初始值的91.8%，表明所述下转换纳米材料有很好的热稳定性。

14、所述下转换薄膜在290 nm紫外激发波长下，测试其发光光谱来研究其光降解性能。图4是归一化后的下转换纳米薄膜最大荧光强度随光照次数的关系，照射大约60 min后，发光强度呈指数衰减至初始值的22%，降幅为78%，相比于一般的有机材料，所述的下转换纳米材料有更好的光稳定性。

技术特征：

1.基于荧光下转换材料alq3的紫外增强cmos图像传感器，其特征在于传感器包括硅基cmos图像传感器、下转换纳米材料，下转换纳米材料沉积在硅基cmos图像传感器的光敏面上；

2.如权利要求1所述的基于荧光下转换材料alq3的紫外增强cmos图像传感器，其特征在于所述下转换纳米材料通过热蒸发的方式沉积在硅基cmos图像传感器的光敏面上。

3.基于荧光下转换材料alq3的紫外增强cmos图像传感器制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

4. 如权利要求3所述的基于荧光下转换材料alq3的紫外增强cmos图像传感器制备方法，其特征在于所述步骤s3中的蒸发温度为150℃，蒸发时间60 min，升温速率为5℃/min，真空度在5×10-4 pa以下。

技术总结
基于荧光下转换材料Alq3的紫外增强CMOS图像传感器及其制备方法，属于紫外光电探测技术领域，尤其涉及一种基于下转换纳米材料的紫外增强硅基CMOS图像传感器及其制备方法。所述紫外增强硅基CMOS图像传感器通过采用真空热蒸发法，将粉末状的下转换纳米材料Alq3镀制在CMOS的光敏面形成一层均匀的薄膜，实现材料与器件的直接耦合，通过下转换纳米材料吸收紫外光，并发射与CMOS光谱响应峰值相匹配的可见光的特性，可以提高光电探测器的紫外响应能力。

技术研发人员：唐利斌,罗磊,才玉华,左文彬
受保护的技术使用者：昆明物理研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14