包括石墨烯量子点的光学传感器和图像传感器制造技术

技术编号:18459973 阅读:27 留言:0更新日期:2018-07-18 13:10
提供包括石墨烯量子点的光学传感器和图像传感器。所述光学传感器可包括石墨烯量子点层,所述石墨烯量子点层包括与第一官能团结合的多个第一石墨烯量子点且可进一步包括与不同于所述第一官能团的第二官能团结合的多个第二石墨烯量子点。可基于与相应的石墨烯量子点结合的官能团的类型和/或所述石墨烯量子点的尺寸调节所述光学传感器的吸收波长带。

Optical sensors and image sensors including graphene quantum dots

Optical sensors and image sensors including graphene quantum dots are provided. The optical sensor may include a graphene quantum dot layer, the graphene quantum dot layer including a plurality of first graphene quantum dots combined with the first functional group, and further includes a plurality of second graphene quantum dots that are combined with the second functional group different from the first functional group. The absorption wavelength band of the optical sensor can be adjusted based on the type of functional group combined with the corresponding graphene quantum dots and / or the size of the graphene quantum dot.

【技术实现步骤摘要】
包括石墨烯量子点的光学传感器和图像传感器
本公开内容涉及光学传感器、图像传感器,和/或更具体地,涉及包括结合有官能团的石墨烯量子点的光学传感器和图像传感器。
技术介绍
在光学传感器和/或图像传感器中通常使用的硅半导体呈现出与其对于可见光带(波段,band)的量子效率相比显著更低的对于红外线带的量子效率。因此,正开发其它材料用于光学传感器和/或图像传感器。光学传感器可用于多种用途,包括作为生物验证(认证)传感器、低光敏感性增强器件、夜视传感器、和自主导航传感器。
技术实现思路
根据一些实例实施方式,光学传感器包括第一电极、在第一电极上的光学感测层、和在光学感测层上的第二电极。光学感测层包括石墨烯量子点层,石墨烯量子点层包括与第一官能团结合(键合)的多个第一石墨烯量子点。优选地,所述石墨烯量子点层进一步包括与不同于第一官能团的第二官能团结合的多个第二石墨烯量子点。在一些实例实施方式中,第一官能团可与在所述多个第一石墨烯量子点的最外面部分处的一个或多个碳原子结合,并且第二官能团可与在所述多个第二石墨烯量子点的最外面部分处的一个或多个碳原子结合。在一些实例实施方式中,所述多个第一石墨烯量子点可配置成吸收第一波长带的光,并且所述多个第二石墨烯量子点可配置成吸收不同于第一波长带的第二波长带的光。在一些实例实施方式中,石墨烯量子点层可进一步包括与不同于第一官能团和第二官能团的第三官能团结合的多个第三石墨烯量子点,并且所述多个第三石墨烯量子点可配置成吸收不同于第一和第二波长带的第三波长带的光。在一些实例实施方式中,石墨烯量子点层可进一步包括与不同于第一官能团到第三官能团的第四官能团结合的多个第四石墨烯量子点,并且所述多个第四石墨烯量子点可配置成吸收不同于第一波长带到第三波长带的第四波长带的光。在一些实例实施方式中,第一官能团和第二官能团各自可包括如下的至少一种:-NO2、-NH2、-CH3、-OH、-COOH、=O、-CHO、-COCH3、-C(=O)-、-F、-H、-CO-N(CH3)2、-CH2-OH、-CO-NH2、-N(CH3)2、烷基胺基团、苯胺基团、或聚乙二醇(PEG)基团。在一些实例实施方式中,第三官能团和第四官能团各自可包括如下的至少一种:-NO2、-NH2、-CH3、-OH、-COOH、=O、-CHO、-COCH3、-C(=O)-、-F、-H、-CO-N(CH3)2、-CH2-OH、-CO-NH2、-N(CH3)2、烷基胺基团、苯胺基团、或聚乙二醇(PEG)基团。在一些实例实施方式中,所述多个第一石墨烯量子点可具有第一尺寸,并且所述多个第二石墨烯量子点可具有不同于第一尺寸的第二尺寸。在一些实例实施方式中,光学感测层可具有范围为例如约50nm-约100μm的厚度。在一些实例实施方式中,光学感测层可进一步包括在第一电极和石墨烯量子点层之间的半导体层。在一些实例实施方式中,半导体层可包括如下的至少一种半导体材料:硅、化合物半导体材料、有机半导体材料、以及具有带隙和2维晶体结构的2维半导体材料,并且所述半导体材料可在半导体层和第一电极之间形成肖特基势垒。在一些实例实施方式中,石墨烯量子点层的最低未占分子轨道(LUMO)能级与半导体层的价带之间的能量差可小于第一电极的功函与半导体层的导带之间的能量差。在一些实例实施方式中,所述2维半导体材料可包括过渡金属二硫属化物(例如,过渡金属与硫属元素的化合物)。在一些实例实施方式中,所述过渡金属可包括如下的至少一种:锡(Sn)、铌(Nb)、钽(Ta)、钼(Mo)、钨(W)、铪(Hf)、钛(Ti)、或铼(Re),和所述硫属元素可包括如下的至少一种:硫(S)、硒(Se)、或碲(Te)。在一些实例实施方式中,半导体层可包括在第一电极上的第一半导体层和在第一半导体层上的第二半导体层。第一半导体层可被掺杂成第一导电性类型,并且第二半导体层可被掺杂成与第一导电性类型在电学上相反的第二导电性类型。在一些实例实施方式中,第二电极可为透明电极。根据一些实例实施方式,光学传感器包括第一电极、在第一电极上的半导体层、在半导体层上的石墨烯量子点层、和在石墨烯量子点层上的第二电极。石墨烯量子点层包括与第一官能团结合的多个第一石墨烯量子点,半导体层的材料在半导体层和第一电极之间形成肖特基势垒。在一些实例实施方式中,石墨烯量子点层的最低未占分子轨道(LUMO)能级与半导体层的价带之间的能量差可小于第一电极的功函与半导体层的导带之间的能量差。在一些实例实施方式中,石墨烯量子点层可进一步包括与不同于第一官能团的第二官能团结合的多个第二石墨烯量子点。所述多个第一石墨烯量子点可配置成吸收第一波长带的光,并且所述多个第二石墨烯量子点可配置成吸收不同于第一波长带的第二波长带的光。在一些实例实施方式中,半导体层可包括在第一电极上的第一半导体层和在第一半导体层上的第二半导体层。第一半导体层可被掺杂成第一导电性类型,并且第二半导体层可被掺杂成与第一导电性类型在电学上相反的第二导电性类型。根据一些实例实施方式,光学传感器包括彼此面对的第一电极和第二电极、以及交替地设置于第一电极和第二电极之间的多个半导体层和多个石墨烯量子点层。第二电极可在第一电极上。石墨烯量子点层可包括与第一官能团结合的多个第一石墨烯量子点。所述多个半导体层可包括在第一电极上的第一半导体层和在所述多个石墨烯量子点层之中的两个相邻的石墨烯量子点层之间的第二半导体层。第一半导体层的材料可在所述多个半导体层和第一电极之间形成肖特基势垒。在一些实例实施方式中,石墨烯量子点层的最低未占分子轨道(LUMO)能级与第一半导体层的价带之间的能量差可小于第一电极的功函与第一半导体层的导带之间的能量差,和石墨烯量子点层的最高占据分子轨道(HOMO)能级与第二半导体层的导带之间的能量差可小于第一电极的功函与第一半导体层的导带之间的能量差。在一些实例实施方式中,第二半导体层各自的厚度可配置成容许在第二半导体层的每一个中隧穿。根据一些实例实施方式,图像传感器包括光学感测层和配置成将由光学感测层探测到的光学信号处理成电信号的信号处理层。光学感测层包含配置成感测第一波长带的光的第一光学感测层和配置成感测不同于第一波长带的第二波长的光的第二光学感测层。第一光学感测层包含包括与第一官能团结合的多个第一石墨烯量子点的第一石墨烯量子点层,并且第二光学感测层包含包括与不同于第一官能团的第二官能团结合的多个第二石墨烯量子点的第二石墨烯量子点层。在一些实例实施方式中,光学感测层可进一步包含包括与不同于第一和第二官能团的第三官能团结合的多个第三石墨烯量子点的第三石墨烯量子点层;和包括与不同于第一到第三官能团的第四官能团结合的多个第四石墨烯量子点结合的第四石墨烯量子点层。在一些实例实施方式中,第一到第四石墨烯量子点的尺寸可彼此不同。根据一些实例实施方式,光学传感器包括第一电极、在第一电极上的石墨烯量子点层、和在石墨烯量子点层上的第二电极。石墨烯量子点层包括与第一官能团结合的多个第一石墨烯量子点以及与不同于第一官能团的第二官能团结合的多个第二石墨烯量子点。在一些实例实施方式中,所述多个第一石墨烯量子点可配置成吸收第一波长带的光,并且所述多个第二石墨烯量子点可配置成吸收不同于所述第一波长带的第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.光学传感器,其包括:第一电极;在所述第一电极上的光学感测层,所述光学感测层包括石墨烯量子点层,所述石墨烯量子点层包括与第一官能团结合的多个第一石墨烯量子点;和在所述石墨烯量子点层上的第二电极。

【技术特征摘要】
2017.01.10 KR 10-2017-0003399;2017.03.21 KR 10-2011.光学传感器,其包括:第一电极;在所述第一电极上的光学感测层,所述光学感测层包括石墨烯量子点层,所述石墨烯量子点层包括与第一官能团结合的多个第一石墨烯量子点;和在所述石墨烯量子点层上的第二电极。2.如权利要求1所述的光学传感器,其中所述石墨烯量子点层进一步包括与不同于所述第一官能团的第二官能团结合的多个第二石墨烯量子点。3.如权利要求2所述的光学传感器,其中所述第一官能团与在所述多个第一石墨烯量子点的最外面部分处的一个或多个碳原子结合,和所述第二官能团与在所述多个第二石墨烯量子点的最外面部分处的一个或多个碳原子结合。4.如权利要求2所述的光学传感器,其中所述多个第一石墨烯量子点配置成吸收第一波长带的光,和所述多个第二石墨烯量子点配置成吸收不同于所述第一波长带的第二波长带的光。5.如权利要求4所述的光学传感器,其中所述石墨烯量子点层进一步包括与不同于所述第一官能团和所述第二官能团的第三官能团结合的多个第三石墨烯量子点,和所述第三石墨烯量子点配置成吸收不同于所述第一波长带和所述第二波长带的第三波长带的光。6.如权利要求5所述的光学传感器,其中所述石墨烯量子点层进一步包括与不同于所述第一官能团到所述第三官能团的第四官能团结合的多个第四石墨烯量子点,和所述第四石墨烯量子点配置成吸收不同于所述第一波长带到所述第三波长带的第四波长带的光。7.如权利要求2所述的光学传感器,其中所述第一官能团和所述第二官能团各自独立地包括如下的至少一种:-NO2、-NH2、-CH3、-OH、-COOH、=O、-CHO、-COCH3、-C(=O)-、-F、-H、-CO-N(CH3)2、-CH2-OH、-CO-NH2、-N(CH3)2、烷基胺基团、苯胺基团、或聚乙二醇(PEG)基团。8.如权利要求2所述的光学传感器,其中所述多个第一石墨烯量子点具有第一尺寸,和所述多个第二石墨烯量子点具有不同于所述第一尺寸的第二尺寸。9.如权利要求1所述的光学传感器,其中所述光学感测层的厚度范围为50nm-100μm。10.如权利要求1-9任一项所述的光学传感器,其进一步包括:在所述第一电极和所述石墨烯量子点层之间的半导体层。11.如权利要求10所述的光学传感器,其中所述半导体层的材料在所述半导体层与所述第一电极之间形成肖特基势垒。12.如权利要求10所述的光学传感器,其中所述半导体层包括如下的至少一种半导体材料:硅、化合物半导体材料、有机半导体材料、以及具有带隙和2维晶体结构的2维半导体材料,和所述半导体材料在所述半导体层和所述第一电极之间形成肖特基势垒。13.如权利要求12所述的光学传感器,其中所述石墨烯量子点层的最低未占分子轨道(LUMO)能级与所述半导体层的价带之间的能量差小于所述第一电极的功函与所述半导体层的导带之间的能量差。14.如权利要求12所述的光学传感器,其中所述2维半导体材料包括过渡金属二硫属化物。15.如权利要求14所述的光学传感器,其中所述过渡金属二硫属化物包括过渡金属和硫属元素,所述过渡金属包括如下的至少一种:锡(Sn)、铌(Nb)、钽(Ta)、钼(Mo)、钨(W)、铪(Hf)、钛(Ti)、或铼(Re),和所述硫属元素包括如下的至少一种:硫(S)、硒(Se)、或碲(Te)。16.如权利要求10所述的光学传感器,其中所述半导体层包括在所述第一电极上的第一半导体层和在所述第一半导体层上的第二半导体层,所述第一半导体层被掺杂成具有第一导电性类型,和所述第二半导体层被掺杂成具有与所述第一导电性类型在电学上相反的第二导电性类型。17.如权利要求11所述的光学传感器,其中所述半导体层包括在所述第一电极上的第一半导体层和在所述第一半导体层上的第二半导体层,所述第一半导体层被掺杂成具有第一导电性类型,和所述第二半导体层被掺杂成具有与所述第一导电性类型在电学上相反的第二导电性类型。18.如权利要求1所述的光学传感器,其中所述第二电极为透明电极。19.如权利要求11所述的光学传感器,其进一步包括:交替地设置于所述第一电极和所述第二电极之间的多个半导体层和多个石墨烯量子点层,其...

【专利技术属性】
技术研发人员:李载昊申铉振李东郁朴晟准李基荣李殷奎赵常玹许镇盛
申请(专利权)人:三星电子株式会社
类型:发明
国别省市:韩国,KR

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