基于平板显示TFT基板的大面积红外探测器件及其驱动方法技术

本发明专利技术公开了一种基于平板显示TFT基板的大面积红外探测器件及其驱动方法，采用薄膜晶体管基板，并采用化学溶液法制备PbS或者Ge半导体量子点，作为光电转换材料；其次，在TFT基板上方采用低温旋涂、喷墨打印或者转印等方法，沉积可传感红外信号的PbS或者Ge量子点层；在量子点光电转换层上利用溅射方法制备对红外吸收较少的公共导电层；薄膜晶体管背板的像素源电极、量子点光电转换层，以及透明电极构成红外光敏电阻结构，该光敏电阻吸收红外信号后，产生光生载流子，从而改变电阻的阻值。本发明专利技术提出的红外探测器件成像面积大，且成本低廉，可用于工业探测、安全检查以及医疗检查等。

【技术实现步骤摘要】
基于平板显示TFT基板的大面积红外探测器件及其驱动方法
本专利技术属于红外探测
，具体涉及一种基于平板显示TFT基板的大面积红外探测器件及其驱动方法。
技术介绍
红外探测技术是利用红外光电转换器件将探测物体所辐射的红外信号转换为电流或者电压信号，并经过读出电路对电信号进行放大和输出等一系列操作，从而获取探测物体和背景的红外图像信息。红外探测技术广泛应用于军事国防、工业控制、刑事侦查、医疗卫生、资源勘查等关系到国计民生的各个领域。从二十世纪四十年代出现了高灵敏度的红外探测器至今，红外光电探测器大体可分为三代：第一代采用单元或小规模线列探测器，它使用二维机械扫描系统来获取红外图像。制冷型探测器通过引线穿过低温系统后与室温下前置放大器连接，其内部并没有集成读出电路。第二代红外探测器的特征是大规模的探测器阵列和硅工艺读出集成电路(ROIC,ReadoutIntegratedCircuit)采用机械联结的方式形成焦平面阵列(FPA，FocalPlaneArray)。整个红外探测器可以分为红外探测阵列和读出电路两个部分。红外探测阵列的主要功能是将辐射红外图像信号变成在空间与其对应的电信号阵列，而读出电路则将所获取的空间电信号阵列按一定次序输出。第三代红外探测器是第二代探测器进一步发展的结果，其主要代表型器件为大规模、超大规模高性能的凝视型探测器。红外探测器根据结构的不同又可将其分为单片式和混成式。单片式红外探测阵列和读出电路制作在同一衬底上，一般来说衬底需要采用特定的具有合适光谱效应的红外探测材料。混成式红外探测器的探测阵列和读出电路分别制作在不同的衬底上，然后通过铟柱倒焊互联。混成式红外探测器的探测阵列和读出电路可以分别选用最合适自身的材料和工艺制作，而且可以分别进行测试筛选，确定其最优性能，挑选出最好的芯片进行倒焊互联，所以能够有效保证整个器件的性能处于较为理想的状态。现阶段普遍采用这种混成式结构，在红外探测器中，探测阵列大都采用HgCdTe、InGaAs等三元半导体化合物做为光电转换材料，以提高光电转换效率和获得较好的波长响应特性。读出电路是红外探测器的重要组成部分，它通常是采用标准CMOS硅工艺制作的集成电路，其基本功能是对红外探测阵列所产生的空间分布电流信号或者电压信号按一定的次序输出，以及片上数字化处理等。在现有的红外探测器件中，由于读出电路大都是基于CMOS硅工艺的集成电路，所以其探测阵列的面积非常有限，需要一定的光学系统对探测图像进行聚焦成像，无法实现直接大面积平板探测成像。另外，无论是硅基的读出电路，还是三元半导体探测阵列，都需要采用高温的扩散、掺杂等工艺，所以无法制备于玻璃、塑料、聚合物等衬底上。因此现有的红外探测器结构和制备方法等，都无法满足人们对柔性器件以及可穿戴设备的要求。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种基于平板显示TFT基板的红外探测器及其驱动方法。与红外阵列探测器相似，平板显示器件，如TFT-LCD和TFT-OLED等，也需要一个阵列型的驱动电路向各个显示像素提供所需要的电压或者电流信号。不同之处在于为了实现大面积显示，平板显示的阵列驱动电路不是基于CMOS工艺的硅基集成电路，而是在玻璃基板上采用低温薄膜技术制备的非晶硅薄膜晶体管电路、或者多晶硅薄膜晶体管电路、或者氧化物薄膜晶体管电路。本专利技术提出利用平板显示器的TFT基板向每一个像素的源极金属层提供一定的偏压，再在源极金属层上制备红外光电转换层，在光电转换层上制备阴极电极，从而构成光电探测阵列，并从阴极输出每个像素探测的光电流或者光电压。由于平板显示器的TFT基板都采用玻璃衬底，所以必须在TFT基板上常温制备光电转换层。本专利技术提出首先采用化学溶液法制备PbS或者Ge量子点，然后再采用旋涂、喷墨打印或者转印等方法在TFT基板上沉积量子点，并将其做为光电转换层。由于采用成熟的平板显示器TFT基板，本专利技术提出的红外传感器具有探测面积大、成本低廉、可以扩展到塑料等柔性衬底的特点。技术方案：为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种基于平板显示TFT基板的大面积红外探测器件，采用TFT基板，其结构为：以玻璃衬底为基板，上设栅极电极，以及漏级电极和源级电极；所述栅极电极的上部及外侧覆盖有绝缘介质层，所述漏级电极和源级电极分别位于所述绝缘介质层两侧并与其上部及两侧连接，所述漏级电极和源级电极之间设有半导体沟道；所述源极电极上设有量子点光电转换层，所述量子点光电转换层上部设有公共电极。进一步的，所述量子点光电转换层所用的红外光电转换材料为PbS或者Ge半导体量子点。进一步的，所述PbS半导体量子点采用化学溶液法制备，具体如下：a)按摩尔质量比为2:5将氧化铅(PbO)粉末分散于油酸(OA)有机溶液，将该分散液溶于十八胺(ODA)溶液配置成为14.5wt％的混合溶液；将该混合溶液置于三颈圆底烧瓶中，抽真空；其次通入氮气，在烧瓶中形成氮气保护氛围，在氮气保护下将混合溶液充分搅拌并加热至180℃，直至PbO完全溶于溶液；b)将上述反应得到的溶液自然冷却，当温度降至140℃时，将与液体体积比为0.02的六甲基二硅硫烷(TMS)和0.13的正十八烷(ODE)混合溶液注入到步骤a)得到的反应液体中并充分搅拌；c)向步骤b)得到的溶液注入液体体积比为0.4的正己烷溶液混合均匀，并将混合完全的溶液转移到室温温度的水浴器中，将液体温度降低到室温，获得PbS量子点溶液；d)所述PbS量子点溶液采用清洗溶液进行离心清洗，取下层溶液，获得清洗后的PbS量子点溶液；所述清洗溶液依次分别为异丙醇与丙酮溶液的混合溶液、甲醇溶液和丙酮溶液混合；e)最后将步骤d)获得的PbS量子点溶液放置于真空腔体中，在60℃条件下烘干约10个小时，获得PbS量子点粉体。进一步的，所述步骤d)的清洗方法，具体为：初次清洗：首先异丙醇与丙酮溶液按照体积比1:2混合，形成清洗溶液，将步骤c)得到的PbS量子点溶液注入清洗溶液，离心机7000转/分钟离心5分钟，得到分层的离心溶液；将分层的离心溶液的上层溶液倒掉，重新加入清洗溶液，重复离心清洗过程3～4次，取最后一次离心后的下层溶液，即获得经过初次清洗的PbS量子点溶液；二次清洗：将甲醇溶液和丙酮溶液按照体积比1:2混合，形成清洗溶液，将经过初次清洗的PbS量子点溶液注入该清洗溶液，并按照初次清洗的离心清洗方法，再清洗3到4次，获得经过两次清洗的PbS量子点溶液。因为通过步骤(a)、(b)、(c)获得的PbS量子点溶液存在残存溶剂杂质，且这些杂质不溶于甲醇，因此采用两次清洗去除杂质。进一步的，所述Ge半导体量子点采用化学溶液法制备，具体如下：a)将GeO2粉末溶于NaOH碱液中，得到Ge酸根离子前驱液，将前驱液的pH值调节为6～8，将天然生物大分子壳聚糖溶入该溶液中，采用磁搅拌器100～300rpm的搅拌速度混合均匀，过滤掉不溶物，得到分散良好的反应液体；b)按照NaBH4与GeO2摩尔比4：1的比例将NaBH4加入所述反应液体中；混合液体在氮气保护中以800～1000rpm速度搅拌2～4h，得到红棕色样品溶液；c)将所述红棕色样品溶液透析24h，离心冷冻干燥得到粉体，并将粉体溶于甲苯之中形成黄色溶液，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于平板显示TFT基板的大面积红外探测器件，其特征在于：采用TFT基板，其结构为：以玻璃衬底(1)为基板，上设栅极电极(2)，以及漏级电极(5)和源级电极(6)；所述栅极电极(2)的上部及外侧覆盖有绝缘介质层(3)，所述漏级电极(5)和源级电极(6)分别位于所述绝缘介质层(3)两侧并与其上部及两侧连接，所述漏级电极(5)和源级电极(6)之间设有半导体沟道(4)；所述源极电极(6)上设有量子点光电转换层(7)，所述量子点光电转换层(7)上部设有公共电极(8)。

【技术特征摘要】
1.一种基于平板显示TFT基板的大面积红外探测器件，其特征在于：采用TFT基板，其结构为：以玻璃衬底(1)为基板，上设栅极电极(2)，以及漏级电极(5)和源级电极(6)；所述栅极电极(2)的上部及外侧覆盖有绝缘介质层(3)，所述漏级电极(5)和源级电极(6)分别位于所述绝缘介质层(3)两侧并与其上部及两侧连接，所述漏级电极(5)和源级电极(6)之间设有半导体沟道(4)；所述源极电极(6)上设有量子点光电转换层(7)，所述量子点光电转换层(7)上部设有公共电极(8)。2.根据权利要求1所述的基于平板显示TFT基板的大面积红外探测器件，其特征在于：所述量子点光电转换层(7)所用的红外光电转换材料为PbS或者Ge半导体量子点。3.根据权利要求2所述的基于平板显示TFT基板的大面积红外探测器件，其特征在于：所述PbS半导体量子点采用化学溶液法制备，具体如下：a)按摩尔质量比为2:5将氧化铅粉末分散于油酸有机溶液，将该分散液溶于十八胺溶液配置成为14.5wt％的混合溶液；将该混合溶液置于三颈圆底烧瓶中，抽真空；其次通入氮气，在烧瓶中形成氮气保护氛围，在氮气保护下将混合溶液充分搅拌并加热至180℃，直至PbO完全溶于溶液；b)将上述反应得到的溶液自然冷却，当温度降至140℃时，将与液体体积比为0.02的六甲基二硅硫烷和0.13的正十八烷混合溶液注入到步骤a)得到的反应液体中并充分搅拌；c)向步骤b)得到的溶液注入液体体积比为0.4的正己烷溶液混合均匀，并将混合完全的溶液转移到室温温度的水浴器中，将液体温度降低到室温，获得PbS量子点溶液；d)所述PbS量子点溶液采用清洗溶液进行离心清洗，取下层溶液，获得清洗后的PbS量子点溶液；所述清洗溶液依次分别为异丙醇与丙酮溶液的混合溶液、甲醇溶液和丙酮溶液混合；e)最后将步骤d)获得的PbS量子点溶液放置于真空腔体中，在60℃条件下烘干10个小时，获得PbS量子点粉体。4.根据权利要求3所述的基于平板显示TFT基板的大面积红外探测器件，其特征在于：所述步骤d)的清洗方法，具体为：初次清洗：首先异丙醇与丙酮溶液按照体积比1:2混合，形成清洗溶液，将步骤c)得到的PbS量子点溶液注入清洗溶液，离心机7000转/分钟离心5分钟，得到分层的离心溶液；将分层的离心溶液的上层溶液倒掉，重新加入清洗溶液，重复离心清洗过程3～4次，取最后一次离心后的下层溶液，即获得经过初次清洗的PbS量子点溶液；二次清洗：将甲醇溶液和丙酮溶液按照体积比1:2混合，形成清洗溶液，将经过初次清洗的PbS量子点溶液注入该清洗溶液，并按照初次清洗的离心清洗方法，再清洗3到4次，获得经过...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷威，李青，张晓兵，刘向，陈静，王保平，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32