一种基于钙钛矿的图像传感器芯片及其制备方法技术

本发明专利技术实施例公开了一种基于钙钛矿的图像传感器芯片及其制备方法，该图像传感器芯片包括驱动电极、感应电极、钙钛矿材料层以及放大电路；感应电极包括阵列排布的多个子感应电极，放大电路包括阵列排布的多个子放大电路，子感应电极与子放大电路一一对应且电连接；驱动电极用于外接电压信号，驱动电极和子感应电极均与钙钛矿材料层接触，子感应电极用于根据驱动电极上的电压信号产生第一感应信号并传导至子放大电路；钙钛矿材料层用于接收光信号，子感应电极还用于根据第一感应信号和光信号生成第二感应信号并传导至子放大电路。该图像传感器芯片具有灵敏度高、信噪比高且成本低等特点。等特点。等特点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于钙钛矿的图像传感器芯片及其制备方法


[0001]本专利技术实施例涉及图像传感技术，尤其涉及一种基于钙钛矿的图像传感器芯片及其制备方法。

技术介绍

[0002]图像传感器芯片在手机、低端照相机和摄像机等领域的应用规模巨大，具有重要的研究意义。
[0003]目前常用的CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)图像传感器芯片，硅二极管必须放置在硅片衬底，由于光需要通过多层金属结构才能到达硅二极管，从而导致光通量很低，另外，硅材料的感光效能很低，造成信号处理电路复杂，芯片成本增大。

技术实现思路

[0004]本专利技术实施例提供一种基于钙钛矿的图像传感器芯片及其制备方法，以实现光通量的最大化并降低成本。
[0005]本专利技术实施例提供了一种基于钙钛矿的图像传感器芯片，包括驱动电极、感应电极、钙钛矿材料层以及放大电路；
[0006]感应电极包括阵列排布的多个子感应电极，放大电路包括阵列排布的多个子放大电路，子感应电极与子放大电路一一对应且电连接；
[0007]驱动电极用于外接电压信号，驱动电极和子感应电极均与钙钛矿材料层接触，子感应电极用于根据驱动电极上的电压信号产生第一感应信号，并将第一感应信号传导至子放大电路；
[0008]钙钛矿材料层用于接收光信号，子感应电极还用于根据第一感应信号和光信号生成第二感应信号，并将第二感应信号传导至子放大电路。
[0009]进一步地，至少感应电极以及放大电路是基于CMOS标准工艺制成的驱动芯片，且钙钛矿材料层设置在基于CMOS标准工艺制成的驱动芯片的上层。
[0010]进一步地，驱动电极上设置有阵列排布的多个微孔，钙钛矿材料层填充于微孔内。
[0011]进一步地，驱动电极、感应电极和放大电路均基于CMOS标准工艺制备得到；
[0012]图像传感器芯片包括CMOS驱动芯片和钙钛矿材料层；
[0013]CMOS驱动芯片依次包括衬底、次顶层金属层和顶层金属层；顶层金属层上设置有阵列排布的多个微孔，钙钛矿材料层填充于微孔内；
[0014]顶层金属层为驱动电极，次顶层金属层为感应电极；
[0015]衬底包括多个源区、沟道区和漏区，沟道区位于源区和漏区之间；
[0016]CMOS驱动芯片还包括：
[0017]位于源区一侧的源极叠层电极，源极叠层电极包括至少一层源极电极；
[0018]位于沟道区一侧的栅极绝缘层以及栅极绝缘层远离衬底一侧的栅极叠层电极，栅
极叠层电极包括至少一层栅极电极；
[0019]位于漏区一侧的漏极叠层电极，漏极叠层电极包括至少一层漏极电极；
[0020]子放大电路包括晶体管，靠近衬底一侧的源极电极为晶体管的源极，靠近衬底一侧的栅极电极为晶体管的栅极，靠近衬底一侧的漏极电极为晶体管的漏极；
[0021]栅极与子感应电极电连接。
[0022]进一步地，驱动电极为透明驱动电极，钙钛矿材料层设置于透明驱动电极与感应电极之间。
[0023]进一步地，感应电极和放大电路基于CMOS标准工艺制备得到；
[0024]图像传感器芯片包括CMOS驱动芯片、钙钛矿材料层和透明驱动电极；
[0025]CMOS驱动芯片依次包括衬底和顶层金属层；钙钛矿材料层设置于顶层金属层与透明驱动电极之间；
[0026]顶层金属层为感应电极；
[0027]衬底包括多个源区、沟道区和漏区，沟道区位于源区和漏区之间；
[0028]CMOS驱动芯片还包括：
[0029]位于源区一侧的源极叠层电极，源极叠层电极包括至少一层源极电极；
[0030]位于沟道区一侧的栅极绝缘层以及栅极绝缘层远离衬底一侧的栅极叠层电极，栅极叠层电极包括至少一层栅极电极；
[0031]位于漏区一侧的漏极叠层电极，漏极叠层电极包括至少一层漏极电极；
[0032]子放大电路包括晶体管，靠近衬底一侧的源极电极为晶体管的源极，靠近衬底一侧的栅极电极为晶体管的栅极，靠近衬底一侧的漏极电极为晶体管的漏极；
[0033]栅极与子感应电极电连接。
[0034]进一步地，驱动电极上设置有阵列排布的多个微孔，钙钛矿材料层填充于微孔内。
[0035]进一步地，驱动电极为透明驱动电极，钙钛矿材料层设置于透明驱动电极与感应电极之间。
[0036]进一步地，子放大电路包括第一运算放大器和第一电阻，第一运算放大器的反向输入端与子感应电极电连接，第一运算放大器的正相输入端接地，第一电阻的两端分别与第一运算放大器的反向输入端以及第一运算放大器的输出端电连接。
[0037]进一步地，子放大电路包括第二运算放大器、第二电阻和第三电阻，第二运算放大器的正向输入端与子感应电极电连接，第二运算放大器的反向输入端与第二电阻的第一端电连接，第二电阻的第二端与第二运算放大器的输出端电连接，第三电阻的第一端与第二运算放大器的反向输入端电连接，第三电阻的第二端接地。
[0038]进一步地，图像传感器芯片还包括保护层；保护层位于钙钛矿材料层的受光面。
[0039]进一步地，保护层包括交替层叠设置的第一保护层和第二保护层；
[0040]沿第一方向，保护层的厚度L1满足L1≥50nm，第一保护层的厚度L2满足4nm≤L2≤6nm，第二保护层的厚度L3满足4nm≤L3≤6nm；其中，第一方向与钙钛矿材料层的受光面垂直。
[0041]进一步地，微孔的直径d满足0.2μm≤d≤100μm。
[0042]进一步地，驱动电极的材料包括镍钯金或金。
[0043]进一步地，驱动电极的材料包括氧化铟锡、石墨烯和碳纳米管中的任一种。
[0044]进一步地，感应电极的材料包括镍钯金或金。
[0045]基于同样的专利技术构思，本专利技术实施利还提供了一种基于钙钛矿的图像传感器芯片的制备方法，包括：
[0046]制备放大电路，放大电路包括阵列排布的多个子放大电路；
[0047]在放大电路一侧制备感应电极，感应电极包括阵列排布的多个子感应电极，且子感应电极与子放大电路一一对应且电连接；
[0048]在感应电极远离放大电路的一侧制备钙钛矿材料层和驱动电极，驱动电极和子感应电极均与钙钛矿材料层接触；
[0049]驱动电极用于外接电压信号，感应电极用于根据驱动电极上的电压信号产生第一感应信号，并将第一感应信号传导至子放大电路；钙钛矿材料层用于接收光信号，子感应电极还用于根据第一感应信号和光信号生成第二感应信号，并将第二感应信号传导至子放大电路。
[0050]进一步地，至少感应电极以及放大电路是基于CMOS标准工艺制成的驱动芯片，且钙钛矿材料层设置在基于CMOS标准工艺制成的驱动芯片的上层。
[0051]进一步地，驱动电极、感应电极和放大电路均基于CMOS标准工艺制备得到；
[0052]子放大电路包括晶体管；制备放本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于钙钛矿的图像传感器芯片，其特征在于，包括驱动电极、感应电极、钙钛矿材料层以及放大电路；所述感应电极包括阵列排布的多个子感应电极，所述放大电路包括阵列排布的多个子放大电路，所述子感应电极与所述子放大电路一一对应且电连接；所述驱动电极用于外接电压信号，所述驱动电极和所述子感应电极均与所述钙钛矿材料层接触，所述子感应电极用于根据所述驱动电极上的电压信号产生第一感应信号，并将所述第一感应信号传导至所述子放大电路；所述钙钛矿材料层用于接收光信号，所述子感应电极还用于根据所述第一感应信号和所述光信号生成第二感应信号，并将所述第二感应信号传导至所述子放大电路。2.根据权利要求1所述的图像传感器芯片，其特征在于，至少所述感应电极以及所述放大电路是基于CMOS标准工艺制成的驱动芯片，且所述钙钛矿材料层设置在所述基于CMOS标准工艺制成的驱动芯片的上层。3.根据权利要求2所述的图像传感器芯片，其特征在于，所述驱动电极上设置有阵列排布的多个微孔，所述钙钛矿材料层填充于所述微孔内。4.根据权利要求3所述的图像传感器芯片，其特征在于，所述驱动电极、所述感应电极和所述放大电路均基于CMOS标准工艺制备得到；所述图像传感器芯片包括CMOS驱动芯片和所述钙钛矿材料层；所述CMOS驱动芯片依次包括衬底、次顶层金属层和顶层金属层；所述顶层金属层上设置有阵列排布的多个微孔，所述钙钛矿材料层填充于所述微孔内；所述顶层金属层为所述驱动电极，所述次顶层金属层为所述感应电极；所述衬底包括多个源区、沟道区和漏区，所述沟道区位于所述源区和所述漏区之间；所述CMOS驱动芯片还包括：位于所述源区一侧的源极叠层电极，所述源极叠层电极包括至少一层源极电极；位于所述沟道区一侧的栅极绝缘层以及所述栅极绝缘层远离所述衬底一侧的栅极叠层电极，所述栅极叠层电极包括至少一层栅极电极；位于所述漏区一侧的漏极叠层电极，所述漏极叠层电极包括至少一层漏极电极；所述子放大电路包括晶体管，靠近所述衬底一侧的所述源极电极为所述晶体管的源极，靠近所述衬底一侧的所述栅极电极为所述晶体管的栅极，靠近所述衬底一侧的所述漏极电极为所述晶体管的漏极；所述栅极与所述子感应电极电连接。5.根据权利要求2所述的图像传感器芯片，其特征在于，所述驱动电极为透明驱动电极，所述钙钛矿材料层设置于所述透明驱动电极与所述感应电极之间。6.根据权利要求5所述的图像传感器芯片，其特征在于，所述感应电极和所述放大电路基于CMOS标准工艺制备得到；所述图像传感器芯片包括CMOS驱动芯片、所述钙钛矿材料层和所述透明驱动电极；所述CMOS驱动芯片依次包括衬底和顶层金属层；所述钙钛矿材料层设置于所述顶层金属层与所述透明驱动电极之间；所述顶层金属层为所述感应电极；所述衬底包括多个源区、沟道区和漏区，所述沟道区位于所述源区和所述漏区之间；
所述CMOS驱动芯片还包括：位于所述源区一侧的源极叠层电极，所述源极叠层电极包括至少一层源极电极；位于所述沟道区一侧的栅极绝缘层以及所述栅极绝缘层远离所述衬底一侧的栅极叠层电极，所述栅极叠层电极包括至少一层栅极电极；位于所述漏区一侧的漏极叠层电极，所述漏极叠层电极包括至少一层漏极电极；所述子放大电路包括晶体管，靠近所述衬底一侧的所述源极电极为所述晶体管的源极，靠近所述衬底一侧的所述栅极电极为所述晶体管的栅极，靠近所述衬底一侧的所述漏极电极为所述晶体管的漏极；所述栅极与所述子感应电极电连接。7.根据权利要求1所述的图像传感器芯片，其特征在于，所述驱动电极上设置有阵列排布的多个微孔，所述钙钛矿材料层填充于所述微孔内。8.根据权利要求1所述的图像传感器芯片，其特征在于，所述驱动电极为透明驱动电极，所述钙钛矿材料层设置于所述透明驱动电极与所述感应电极之间。9.根据权利要求7或8所述的图像传感器芯片，其特征在于，所述子放大电路包括第一运算放大器和第一电阻，所述第一运算放大器的反向输入端与所述子感应电极电连接，所述第一运算放大器的正相输入端接地，所述第一电阻的两端分别与所述第一运算放大器的反向输入端以及所述第一运算放大器的输出端电连接。10.根据权利要求7或8所述的图像传感器芯片，其特征在于，所述子放大电路包括第二运算放大器、第二电阻和第三电阻，所述第二运算放大器的正向输入端与所述子感应电极电连接，所述第二运算放大器的反向输入端与所述第二电阻的第一端电连接，所述第二电阻的第二端与所述第二运算放大器的输出端电连接，所述第三电阻的第一端与所述第二运算放大器的反向输入端电连接，所述第三电阻的第二端接地。11.根据权利要求3或7所述的图像传感器芯片，其特征在于，所述图像传感器芯片还包括保护层；所述保护层位于所述钙钛矿材料层的受光面。12.根据权利要求11所述的图像传感器芯片，其特征在于，所述保护层包括交替层叠设置的第一保护层和第二保护层；沿第一方向，所述保护层的厚度L1满足L1≥50nm，所述第一保护层的厚度L2满足4nm≤L2≤6nm，所述第二保护层的厚度L3满足4nm≤L3≤6nm；其中，所述第一方向与所述钙钛矿材料层的受光面垂直。13.根据权利要求3或7所述的图像传感器芯片，其特征在于，所述微孔的直径d满足0.2μm≤d≤100μm。14.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：张志峰，
申请(专利权)人：张志峰，
类型：发明
国别省市：