红外焦平面探测器及其制备方法

技术领域

本公开涉及光电传感器技术领域，尤其涉及一种红外焦平面探测器及其制备方法。

背景技术

红外探测及成像技术在远程遥感、夜视、制导、生物医学、地质探测、气象监测等领域有着广泛的应用，特别是近年来的增强现实、虚拟现实、机器视觉、自动驾驶、可穿戴智能设备等的快速发展，对红外探测与成像技术提出了更高的要求。传统的红外焦平面探测器可根据材料、结构、探测范围、探测原理等进行分类；例如，根据能够探测的波段数量来分，红外焦平面探测器大致可以分为单色、双色或多色红外焦平面探测器。

其中，双色及多色红外焦平面探测器因为其具有更高(即双/多色同时探测)的探测识别能力，更加智能化，其结构紧凑，且重量轻，主要应用于高对比成像和目标识别方面，是红外探测系统的主要发展方向之一。但是，由于其通产采用垂直架构的叠层结构，使得其制备工艺复杂，成本较高；同时，电极对红外光敏层中的光敏像元存在遮挡，使得光敏像元对入射光线的接收较少，从而造成探测器的光学填充率较低，探测器的准确性较差。

发明内容

为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本公开提供了一种红外焦平面探测器及其制备方法。

本公开提供了一种红外焦平面探测器的制备方法，该方法包括：

形成电极电路基底；所述电极电路基底上设有阵列式的像素电极；

在所述电极电路基底的一侧形成网格状公共电极；其中，阵列式的像素电极中每个像素电极均被所述网格状公共电极的一个格子包围，所述像素电极与所述网格状公共电极电绝缘；

在所述网格状公共电极的格子内填充红外光敏层的光敏像元；其中，红外光敏层包括至少两种不同波段的光敏像元。

在一些实施例中，所述形成电极电路基底，包括：

提供读出电路基底；

在所述读出电路基底上，利用光刻、磁控溅射、蒸镀或者电子束沉积形成阵列式的像素电极；

在所述读出电路基底未连接所述像素电极的表面以及各所述像素电极的侧面，覆盖读出电路基底钝化层。

在一些实施例中，所述在所述电极电路基底的一侧形成网格状公共电极，包括：

在所述读出电路基底钝化层上，利用光刻、磁控溅射、蒸镀或者电子束沉积，形成网格状公共电极。

在一些实施例中，所述在所述网格状公共电极的格子内填充红外光敏层的光敏像元，包括：

成膜后光刻或者掩膜光刻以依次制备不同波段的光敏像元；或者

掩膜滴涂以同步形成各不同波段的光敏像元。

在一些实施例中，该方法还包括：

在所述红外光敏层和所述网格状公共电极背离所述电极电路基底的一侧形成封装保护层。

在一些实施例中，形成所述网格状公共电极之后，填充所述光敏像元之前，还包括：

在所述网格状公共电极中的各格子的侧面形成环周覆盖格子侧面的隔离层；

其中，所述在所述网格状公共电极的格子内填充红外光敏层的光敏像元，包括：

在各所述隔离层内填充对应的所述光敏像元。

在一些实施例中，所述在各所述隔离层内填充对应的所述光敏像元之后，还包括：

在各所述光敏像元背离所述像素电极的一侧进行离子掺杂，形成离子掺杂层；所述离子掺杂层包括多个掺杂像元，所述掺杂像元与所述光敏像元一一对应设置，所述掺杂像元分别覆盖于所述光敏像元上；

在所述离子掺杂层背离所述红外光敏层的一侧形成透明电极层，所述透明电极层还覆盖所述网格状公共电极，并与所述网格状公共电极接触；

在所述透明电极层背离所述离子掺杂层的一侧形成透明保护层。

本公开还提供了一种红外焦平面探测器，应用上述任一种制备方法制备得到；所述探测器包括：

电极电路基底，所述电极电路基底上设有阵列式的像素电极；

网格状公共电极，设置在所述电极电路基底上，且阵列式的像素电极中每个像素电极均被所述网格状公共电极的一个格子包围，所述像素电极与所述网格状公共电极电绝缘；

红外光敏层，包括至少两种不同波段的光敏像元；所述光敏像元填充于所述网格状公共电极的格子内。

在一些实施例中，所述探测器为光导型探测器，所述探测器还包括外部电源；

所述网格状公共电极和所述像素电极分别连接所述外部电源的负极和正极。

在一些实施例中，所述探测器为光伏型探测器；所述探测器还包括：

离子掺杂层，设置于所述红外光敏层背离所述电极电路基底的一侧；所述离子掺杂层包括多个掺杂像元，所述掺杂像元与所述光敏像元一一对应设置，所述掺杂像元分别覆盖于所述光敏像元上；

透明电极层，一体化设置，覆盖于所述离子掺杂层背离所述红外光敏层的一侧，且接触所述网格状公共电极；

隔离层，覆盖于各所述光敏像元的朝向所述网格状公共电极的格子的侧面，用于电隔离所述光敏像元和所述网格状公共电极；

透明保护层，一体化设置，覆盖于所述透明电极层背离所述电极电路基底的一侧。

本公开实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：

本公开实施例提供的红外焦平面探测器的制备方法包括形成电极电路基底；电极电路基底上设有阵列式的像素电极；在电极电路基底的一侧形成网格状公共电极；其中，阵列式的像素电极中每个像素电极均被网格状公共电极的一个格子包围，像素电极与网格状公共电极电绝缘；在网格状公共电极的格子内填充红外光敏层的光敏像元；其中，红外光敏层包括至少两种不同波段的光敏像元。由此，通过将不同波段的光敏像元同层填充在网格状公共电极中，无需采用叠层的器件结构及其对应的制备流程，简化了探测器的制备过程，从而成本较低，且产出率较高；同时，至少两种不同波段的光敏像元填充在网格状公共电极的格子内，且对应覆盖于像素电极的上方，使得网格状公共电极和阵列式的像素电极均不会对各不同波段的光敏像元形成遮挡，提高了有效光学面积和光学填充率，有利于提高信噪比，即提高探测准确性；由此，该制备方法形成的红外焦平面探测器能够在实现对至少两种不同波段的光线探测的同时，还能实现较高的探测准确性。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本公开实施例提供的一种红外焦平面探测器的制备方法的流程示意图；

图2为本公开实施例提供的另一种红外焦平面探测器的制备方法的流程示意图；

图3为本公开实施例提供的一种红外焦平面探测器的立体爆炸结构示意图；

图4为本公开实施例提供的一种红外焦平面探测器的立体结构示意图；

图5为本公开实施例提供的一种红外焦平面探测器的剖面结构示意图；

图6为本公开实施例提供的一种红外焦平面探测器的工作原理示意图；

图7为本公开实施例提供的又一种红外焦平面探测器的制备方法的流程示意图；

图8为本公开实施例提供的另一种红外焦平面探测器的立体爆炸结构示意图；

图9为本公开实施例提供的另一种红外焦平面探测器的立体结构示意图；

图10为本公开实施例提供的另一种红外焦平面探测器的剖面结构示意图；

图11为本公开实施例提供的另一种红外焦平面探测器的工作原理示意图。

其中，10、红外焦平面探测器，也称为“多波段超像元红外焦平面探测器”或者“探测器”；110、电极电路基底；111、读出电路基底；112、读出电路基底钝化层；113、像素电极；120、网格状公共电极，也称为“公共电极”；130、红外光敏层；131、第一波段像元；132、第二波段像元；140、封装保护层；150、离子掺杂层；160、透明电极层；170、隔离层；180、透明保护层。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本公开的上述目的、特征和优点，下面将对本公开的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本公开，但本公开还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。

相关技术中，InAs/GaSb等二类超晶格材料因特殊的能带结构、良好的材料稳定性等多被选用为双色红外焦平面红外探测器的光敏像元材料。其中，二类超晶格双色红外焦平面探测器的外延结构通常为NP-PN或者PN-NP等背靠背叠层结构，两个光敏像元中间通过P型或者N型公共电极连接。

上述结构中，该红外焦平面探测器通常需要采取铟柱倒装互连工艺实现光敏像元与读出电路基底之间的电连接，会存在均匀性差、盲元以及大规模红外焦平面探测器阵列制备困难的问题。

具体地，该红外焦平面探测器的制备工艺主要包括：清洗、光敏像元台面制备及硅(Si)基读出电路基底制备、电极制备、In柱生长、倒装互连、衬底减薄以及封装测试。其中，倒装互连工艺在红外焦平面探测器制备过程中非常关键；其基本流程是：采取分子外延生长技术，在光敏像元与硅基读出电路基底上分别生长铟柱，然后让硅基读出电路基底与红外光敏像元上的铟柱互相“倒扣”碰焊连接；又或者在硅基读出电路基底上“挖孔”，让红外光敏像元上的铟柱“倒扣”在环孔上。

在倒装互连流程中，铟柱生长与互连工艺要求严格，铟柱生长不均匀或是倒装焊连接不均匀都会导致红外焦平面探测器的信号响应不均匀；而若在生长期间或倒装焊造成铟柱断裂，则会导致信号无法传输，导致红外焦平面探测器中存在盲元。

尤其的，在非制冷型红外焦平面探测器中，使用过程中反复的温度冲击可能会导致铟柱断裂而形成盲元或增大成像非均匀性，这种现象在大面阵红外焦平面探测器中尤为显著，是制约大规模红外焦平面探测器阵列发展的重要因素。

同时，叠层式双色焦平面探测器存在光学透过率低的问题。

具体地，因为红外光敏像元倒装在读出电路基底上，为了让红外光透过衬底和下电极层后照射到到红外光敏像元的光敏面上，红外光敏面的衬底就必须进行“衬底减薄”工艺处理，将衬底削至足够薄以让红外光尽可能透过。但是，红外光透过衬底与下电极层依然要损失部分能量，造成光学透过率的下降。

此外，叠层式双色焦平面红外探测器的典型结构是通过在衬底上通过分子外延技术交替生长红外光敏像元的光敏面薄层，叠层式架构同样会让处于红外光透过上层光敏面的结构后会有能量损失，同样会造成下层的红外光敏层对光的吸收度下降，及光学透过率的下降。

同时，上述复杂制备工艺导致生产成本较高，产出率较低，限制了红外焦平面探测器的大规模应用。

同时，相关技术中，叠层双色红外焦平面探测器通常只能做双色探测，而不能做三色及以上的多波段探测。

针对上述技术问题中的至少一个，本公开实施例提供了一种无需倒装焊接、高成像均匀性、高成像准确性、成本较低、产出率较高、具有网格状公共电极结构的多波段超像元红外焦平面探测器及其制备方法。其基于新型红外光敏材料，如红外胶体量子点等材料，在读出电路基底上形成阵列式的像素电极与网格状公共电极(即网格式的公共地电极)，并在其上直接通过欧姆接触的方式，以光刻工艺形成平面分布的多波段红外光敏层，即该红外光敏层可包括填充在网格状公共电极中的至少两个不同波段的光敏像元，由此，形成高均匀成像的平面耦合式多波段超像元红外焦平面探测器。由此，其无需形成叠层的探测器结构，工艺简单，成功率较高，成本较低。并且，不需要红外感光元件(即光敏像元)与读出电路基底之间的倒装互连工艺，进一步简化了制备流程，节约成本，提高产出率。

同时，采用液相合成、体积可控、吸收波段可调的红外量子点(例如胶体红外量子点)等新型材料，相较于其他块状半导体材料而言，可以通过控制其尺寸来控制量子点的吸收波长，可以利用红外量子点光刻的方式获得多波段的红外量子点层，以形成红外光敏层；其成功率高、产出大、成本低，可用以解决红外材料制作难度大的问题。且，红外光敏层的材料内部在吸收入射光之后产生的自由“电子和空穴”能够在因载流子扩散产生的内建电场的作用下发生漂移和分离，电子的快速转移使得该类探测器具有更快的响应速度和更低的驱动电压，从而可以在较低的外加偏压下就能工作。尤其的，采用胶体红外量子点材料时，红外量子点基于量子束缚效应吸收红外光而产生光电子，其响应速度快，且成像质量高。

同时，平面分布而非叠层式的红外光敏层，可选该红外光敏层的光敏面上仅有一层透明封装层(光导型的探测器，见后文图3-图6)或者透明电极层(光伏型的探测器，见后文图8-图11)，因此使得光学透过率提高，探测准确性较高。

同时，利用读出电路基底上的阵列式像素电极与网格状公共电极，使光电信号产生后的传输路径大致相同，避免了传输路径长短差异而导致的均匀性较差的问题，提高了电路信号读出时的均匀性，从而可高均匀性地成像，利于形成大规模红外焦平面探测器阵列。

下面结合图1-图11，对本公开实施例提供的红外焦平面探测器及其制备方法进行示例性说明。

在一些实施例中，图1为本公开实施例提供的一种红外焦平面探测器的制备方法的流程示意图。参照图1，该方法包括如下步骤：

S201、形成电极电路基底。

其中，电极电路基底上设有阵列式的像素电极。

示例性地，参照图3-图6，或者参照图8-图11，电极电路基底110上设有阵列式的像素电极113，可读出各像素电极113响应于其接收到的红外光而对应生成的电信号。

示例性地，像素电极113的形状可为圆形、椭圆形或多边形中的至少一种，在此不限定。同时，像素电极113的阵列排布方式可为沿相互垂直的两个方向进行多行多列的排布，或者采用其他阵列排布方式，可基于探测器的需求设置，在此不限定。

S202、在电极电路基底的一侧形成网格状公共电极。

其中，阵列式的像素电极中每个像素电极均被网格状公共电极的一个格子包围，像素电极与网格状公共电极电绝缘。

示例性地，参照图3-图6，网格状公共电极120可为地电极，网格状公共电极120内部每一个网格内均设置一个独立的像素电极113，像素电极113与网格状公共电极120电绝缘；当接通外部电源(简称“电源”)时，像素电极113接电源的正极，网格状公共电极120接电源的负极，从而在网格状公共电极120与像素电极113之间产生由像素电极113指向网格状公共电极120的电场，该电场作用下，在红外光敏层130中响应于红外光产生的自由载流子(即光生自由载流子)被驱动，以使两电极(即像素电极113和网格状公共电极120)俘获上述光生自由载流子，从而产生光电流。

其中，由于像素电极113被网格状公共电极120的格子包围，相当于像素电极113被环周的地电极包围，因此由像素电极113指向地电极的电场方向为由像素电极113发散状地指向其环周的地电极。

示例性地，网格状公共电极120可为金(Au)、银(Ag)、铝(Al)等金属电极或者其本领域技术人员可知的其它导电材料所形成的电极，在此不限定。

S203、在网格状公共电极的格子内填充红外光敏层的光敏像元。

其中，红外光敏层包括至少两种不同波段的光敏像元。

示例性地，参照图3-图6，或者参照图8-图11，红外光敏层130包括至少两种不同波段的光敏像元，以对应实现对至少两种不同波段的入射光的探测。

至少两种不同的光敏像元可包括第一波段像元131和第二波段像元132，第一波段像元131和第二波段像元132分别独立的填充在网格状公共电极120的每一个格子内；可选的，第一波段像元131、第二波段像元132位于同一个平面内，其各自作为像元结构镶嵌在网格状公共电极120的网格内部，并交错排布，组成平面耦合的镶嵌式多波段探测像元，并确保第一波段像元131和第二波段像元132对应的红外图像的分辨率均较高。

在其他实施方式中，红外光敏层130中的光敏像元能够探测的波段数量还可为3种、4种或更多种，不同波段的光敏像元交错排布，在此不限定。

示例性地，红外光敏层130可包括红外量子点材料或本领域技术人员可知的其他可用于成膜的红外光敏材料，在此不限定。示例性地，红外量子点材料可为汞碲(HgTe)、硫化铅(PbS)等IIB-VIA族半导体化合物，且其可为二元化合物、三元化合物或四元化合物，可基于探测器的需求设置，在此不限定。

本公开实施例提供的红外焦平面探测器的制备方法包括形成电极电路基底；电极电路基底上设有阵列式的像素电极；在电极电路基底的一侧形成网格状公共电极；其中，阵列式的像素电极中每个像素电极均被网格状公共电极的一个格子包围，像素电极与网格状公共电极电绝缘；在网格状公共电极的格子内填充红外光敏层的光敏像元；其中，红外光敏层包括至少两种不同波段的光敏像元。由此，通过将不同波段的光敏像元同层填充在网格状公共电极中，无需采用叠层的器件结构及其对应的制备流程，简化了探测器的制备过程，从而成本较低，且产出率较高；同时，至少两种不同波段的光敏像元填充在网格状公共电极的格子内，且对应覆盖于像素电极的上方，使得网格状公共电极和阵列式的像素电极均不会对各不同波段的光敏像元形成遮挡，提高了有效光学面积和光学填充率，有利于提高信噪比，即提高探测准确性；由此，该制备方法形成的红外焦平面探测器能够在实现对至少两种不同波段的光线探测的同时，还能实现较高的探测准确性。

在一些实施例中，在图1的基础上，S201具体可包括如下步骤：

步骤一：提供读出电路基底；其中，读出电路基底包含内部电信号转移、放大、寻址、读出等功能电路。

步骤二：在读出电路基底上，利用光刻、磁控溅射、蒸镀或者电子束沉积形成阵列式的像素电极。

步骤三：在读出电路基底未连接像素电极的表面以及各像素电极的侧面，覆盖读出电路基底钝化层，以对电极电路基底进行封装保护，只露出各像素电极，便于后续实现红外光敏层与像素电极之间的欧姆接触。

示例性地，继续参照图3或图10，电极电路基底110包括读出电路基底111、读出电路基底钝化层112以及像素电极113；像素电极113与读出电路基底111电连接，读出电路基底钝化层112覆盖读出电路基底111的未连接像素电极113的表面，以及覆盖像素电极113的侧面；网格状公共电极120设置在读出电路基底钝化层112背离读出电路基底111的一侧，读出电路基底钝化层112实现网格状公共电极120与像素电极113之间的电绝缘。

其中，电极电路基底110也可称为“读出电路及其硅基底”，其包括读出电路(Readout Integrated Circuit，ROIC)基底111、阵列式的像素电极113以及读出电路基底钝化层112，即其共同构成了读出电路的基底部分。

在此基础上，在读出电路基底钝化层112上设有一层网格状公共电极120，在网格状公共电极120的格子中、在像素电极113以及未被覆盖的读出电路基底钝化层112上覆盖红外光敏层130中的光敏像元；其中，红外光敏层130中的光敏像元与像素电极113之间形成欧姆接触，且在光导型探测器中，红外光敏层130与网格状公共电极120之间形成欧姆接触；在光伏型探测器中，红外光敏层130与网格状公共电极120之间通过隔离层进行电隔离。

结合图5或图10，上述结构中，网格状公共电极120的每个格子内部设有一个独立的像素电极113，像素电极113与网格状公共电极120之间通过读出电路基底钝化层112实现电绝缘。

其中，读出电路基底111与像素电极113电连接，用于读出对应的像素电极113响应于入射红外光而生成的电信号，其可为本领域技术人员可知的任一种读出电路基底，在此不限定。

其中，读出电路基底钝化层112用于封装读出电路基底111和像素电极113的侧面，仅露出像素电极113背离读出电路基底111的顶面，以用于与红外光敏层130实现欧姆接触。

示例性地，读出电路基底钝化层112的材料可为用于绝缘的氮化物、氧化物、氮氧化物或本领域技术人员可知的其他绝缘材料，在此不限定。

示例性地，像素电极113的材料可为金(Au)、银(Ag)、铝(Al)等金属材料或者本领域技术人员可知的其他导电材料，在此不限定。可选的，像素电极113的厚度可为100nm～1000nm，或者其他可选厚度值，在此不限定。

在其他实施方式中，电极电路基底110还可采用其他结构形式实现，在此不限定。

在一些实施例中，在图1的基础上，S202具体可包括如下步骤：

在读出电路基底钝化层上，利用光刻、磁控溅射、蒸镀或者电子束沉积，形成网格状公共电极。

示例性地，一体式网格状公共电极中，每一个格子内均具有一个像素电极；网格状公共电极采用的材料可为Au、Ag、Al，其厚度可为100nm～1000nm；以格子的形状为正方形为例，单个格子的面积大小可为5μm×5μm～10μm×10μm，单边线宽可为0.5μm～2μm。

在一些实施例中，在图1的基础上，S203具体可包括如下步骤：

成膜后光刻或者掩膜光刻以依次制备不同波段的光敏像元；或者

掩膜滴涂以同步形成各不同波段的光敏像元。

其中，红外光敏层可采用光刻的像素化量子点结构，根据量子点的选材和粒径，可实现对400nm～14μm的波长范围内的入射光的探测。基于此，包括第一波段光敏像元131和第二波段光敏像元132的双色探测器能够探测的波长包括中波/中波红外、中波/长波红外、短波/中波红外、短波/长波红外、可见光/短波红外、可见光/中波红外、可见光/长波红外等，在此不限定。

示例性地，量子点的材料可包括钙钛矿、ZnSe、ZnS、ZnSe/ZnS、ZnSe/ZnO、CdSe、CdTe、CdSe/CdS、InP/ZnS、InP/ZnSe/ZnS、InP/InAs、PbS、PbSe、PbTe、CuInS

该步骤中，采取光刻工艺形成量子点光敏像元可包括：直接光刻量子点，或者光刻胶光刻。

其中，直接光刻量子点具体可为：选择预设的量子点短链配体，通过喷涂、喷墨打印、旋涂、滴涂的方式在台面成型，最后光刻，即用无掩膜方式在对应的像元位置用特定频率的光波曝光，于是量子点短链相互连接而使量子点固化，最终清洗，在所需要的像元位置形成所需的量子点结构。用该方式分别光刻第一波段和第二波段对应的量子点结构，最终得到双色量子点的平面镶嵌结构。

其中，光刻胶光刻具体可为：采取光刻胶光刻的方式得到双色量子点的平面镶嵌结构。

该步骤中，采用滴涂工艺形成光敏像元可包括：将不同波段的光敏材料分别灌装到滴涂设备的不同容置单元中，各容置单元的滴涂出口可分别对应于网格状公共电极的各不同位置处的格子设置，以向对应格子中填充不同波段的光敏材料，形成光敏像元。

在其他实施方式中，还可采用本领域技术人员可知的其他方式形成至少两个不同波段的光敏像元，在此不限定。

在一些实施例中，在图1的基础上，S203之后，该方法还包括：

在红外光敏层和网格状公共电极背离电极电路基底的一侧形成封装保护层。

在一些实施例中，在红外光敏层背离电极电路基底的一侧形成封装保护层，包括：

在红外光敏层背离电极电路基底的一侧旋涂在红外波段具有透明窗口的液态材料，示例性地，液态材料可包括聚甲基丙烯酸甲酯、SU-8光刻胶及perfluoro(1-butenylvinyl ether)聚合物等中的至少一种，并退火处理，以形成透明保护膜层，实现封装保护。

即，在红外光敏层上覆盖一层透明保护膜层，该膜层的材料可采用上述材料中的至少一种，以能够对红外波段形成透明窗口，即允许尽可能多的红外光透过，并被其下的红外光敏层吸收，从而有利于提高红外波段的整体吸收量，提高探测准确性。

至此，形成光导型结构的红外焦平面探测器。

其后，还可包括进行器件测试。

在一些实施例中，图2示出了一种光导型探测器的制备方法的流程。参照图2，该制备方法可包括：

S211、制备读出电路基底。

其中，读出电路基底包含内部电信号转移、放大、寻址、读出等功能电路。

S212、清洗基底。

S213、利用光刻、磁控溅射、蒸镀或者电子束沉积，形成阵列式的像素电极。

其中，阵列式的像素电极为可独立选址读取的阵列式像素化电极，其材料优选为Au、Ag、Al，厚度为100nm～1000nm。

S214、利用光刻、磁控溅射、蒸镀或者电子束沉积，形成网格状公共电极；网格状公共电极的每个格子内均容纳一个像素电极。

其中，网格状公共电极为一体式网格公共电极，每一个网格内具有一个像素电极；网格状公共电极的材料可为Au、Ag、Al等，其厚度可为100nm～1000nm，形状可为圆形或正多边形，网格单边边长为5μm～10μm，单边线宽可为0.5μm～2μm。

S215、成膜并光刻第一波段红外量子点像元层，形成第一波段像元；以及成膜并光刻第二波段红外量子点像元层，形成第二波段像元。

其中，采取光刻工艺形成量子点光敏像元可包括：直接光刻量子点，或者光刻胶光刻。同时，红外光敏层中的光敏像元与阵列式的像素电极、以及与网格状公共电极均构建为欧姆接触。

S216、形成封装保护层，以封装。

S217、测试。

由此形成的光导型探测器结构以及工作原理可参见图3-图6。

上文示例性地说明了光导型探测器的结构，下文中结合图7-图11，示例性地说明光伏型探测器的结构。

在一些实施例中，在图1的基础上，在S202中的形成网格状公共电极之后，且在S203中的填充光敏像元之前，该方法还包括：

在网格状公共电极中的各格子的侧面形成环周覆盖格子侧面的隔离层。

该隔离层用于隔离光敏像元和网格状公共电极。

基于此，在图1的基础上，S203具体可包括：

在各隔离层内填充对应的光敏像元。

即隔离层用于覆盖网格状公共电极的格子的内侧面，并环周形成容纳光敏像元的空间；光敏像元填充在隔离层环周形成的空间内，而并不与网格状公共电极直接接触。

其后，该方法还可包括：

在各光敏像元背离像素电极的一侧进行离子掺杂，形成离子掺杂层；离子掺杂层包括多个掺杂像元，掺杂像元与光敏像元一一对应设置，掺杂像元分别覆盖于光敏像元上；

在离子掺杂层背离红外光敏层的一侧形成透明电极层，透明电极层还覆盖网格状公共电极，并与网格状公共电极接触；

在透明电极层背离离子掺杂层的一侧形成透明保护层。

其中，可采用离子注入的方式实现离子掺杂，掺杂之后利用透明电极层进行覆盖，并使得透明电极层为一体式结构，其还与网格状公共电极接触电连接，以用于形成电流回路；在透明电极层上覆盖透明保护层，以进行封装保护。

在一些实施例中，图7示出了一种光伏型探测器的制备方法的流程示意图。参照图7，该方法可包括：

S221、制备读出电路基底。

S222、清洗基底。

S223、利用光刻、磁控溅射、蒸镀或者电子束沉积，形成阵列式的像素电极。

S224、利用光刻、磁控溅射、蒸镀或者电子束沉积，形成网格状公共电极；网格状公共电极的每个格子内均容纳一个像素电极。

其中，读出电路基底、像素电极和网格状公共电极的制备和设置可参照光导型探测器的制备流程，在此不赘述。

S225、成膜并光刻，形成在每一个格子内的隔离层。

其中，隔离层基于光刻工艺形成，材料可采用Su-8光刻胶。其中，隔离层的设置能够避免光敏像元中产生的光电流由“侧面”漏出并进入网格状公共电极，而是让光电流能够经由“像素电极→光敏像元→掺杂像元→透明电极层→网格状公共电极”这条回路流过，从而保证探测信号的稳定性与均匀性。

S226、成膜并光刻第一波段红外量子点像元层，形成第一波段像元；以及成膜并光刻第二波段红外量子点像元层，形成第二波段像元。

其中，红外光敏层的选材以及形成过程与光导型探测器类似，区别仅在于：光导型探测器中，光敏像元直接填充在网格状公共电极的格子内；而该光伏型探测器中，光敏像元填充在位于网格状公共电极格子内的隔离层包围的格子内；其他均可参照上文理解，在此不赘述。

S227、在各第一波段像元和第二波段像元的上表面掺杂离子，形成对应的各掺杂像元。

其中，通过离子注入的方式形成掺杂像元。示例性地，通过离子注入的方式向光敏像元渗入金属离子，例如，可利用AgTe等材料注入Ag离子，以构建由掺杂像元和光敏像元共同形成的“光电池”结构。

S228、利用光刻、磁控溅射、蒸镀或者电子束沉积，形成透明电极层。

其中，可通过光刻、磁控溅射、蒸镀或者电子束沉积，形成透明电极层，其厚度可为100nm～100nm；示例性地，透明电极层可包括氧化铟锡(ITO)、氧化铟锌(IZO)、氧化铟镓(IGO)、氧化镓锌(GZO)、氧化锌(ZnO)、氧化铟(In2O3)、氧化铝锌(AZO)和碳纳米管中的至少一种。

S229、形成透明保护层，以封装。

其中，透明保护层的制备可参照上文中封装保护层理解，在此不限定也不赘述。

S2210、测试。

由此形成的光导型探测器结构以及工作原理可参见图8-图11。

本公开实施例提供的多波段超像元红外焦平面探测器的制备流程中，通过在读出电路基底上利用光刻、掩膜蒸镀、磁控溅射等方式构造平面网格状公共电极与阵列式的像素电极；并采取光刻的方式形成像素化的第一波段像元和第二波段像元；同时采用光刻的方式获得隔离层，以用以隔绝光敏像元与网格状公共电极；以离子注入的方式使得光敏像元与掺杂像元构建成“光电池”，以利用光生电势差将光电流导出，从而实现探测。

上述实施方式中，仅示例性地以双波段(即双色)红外焦平面探测器为例进行了示例性说明。在其他实施方式中，还可通过对红外光敏层中光敏像元的种类设置，形成三色、四色乃至更多色的红外焦平面探测器，其区别在于红外光敏层是针对两种波段、三种波段、四种波段还是更多种波段进行设置，其他膜层结构均相同。

上述实施方式中，可利用较大的读出电路基底，通过形成更大的网格状公共电极，以及配合溶液法形成更多的像素电极，可形成大面阵的红外焦平面探测器；也可形成线阵红外焦平面探测器。

本公开还提供了一种红外焦平面探测器，应用上述任一种制备方法制备得到；具有相应的技术效果。该探测器可包括：电极电路基底，电极电路基底上设有阵列式的像素电极；网格状公共电极，设置在电极电路基底上，且阵列式的像素电极中每个像素电极均被网格状公共电极的一个格子包围，像素电极与网格状公共电极电绝缘；红外光敏层，包括至少两种不同波段的光敏像元；光敏像元填充于网格状公共电极的格子内。由此，通过设置至少两种不同波段的光敏像元填充在网格状公共电极的格子内，且对应覆盖于像素电极的上方，可使得网格状公共电极和阵列式的像素电极均不会对光敏像元形成遮挡，从而能够使入射光尽可能多的被光敏像元吸收，提高了有效光学面积和光学填充率，有利于提高信噪比，即提高探测准确性；由此，该探测器在实现对至少两种不同波段的光线探测的同时，还能实现较高的探测准确性。

在一些实施例中，探测器为光导型探测器，探测器还包括外部电源；网格状公共电极和像素电极分别连接外部电源的负极和正极。

示例性地，参照图3-图6，该探测器10包括：电极电路基底110，电极电路基底110上设有阵列式的像素电极113；网格状公共电极120，设置在电极电路基底110上，且阵列式的像素电极113中每个像素电极113均被网格状公共电极120的一个格子包围，像素电极113与网格状公共电极120电绝缘；红外光敏层130，包括至少两种不同波段的光敏像元；光敏像元填充于网格状公共电极120的格子内。

示例性地，继续参照图6，以读出电路以光敏元二极管无源像素为例，直线箭头代表电流方向，带曲线的箭头代表红外光。结合图5和图6，在网格状公共电极120的每一个网格空间(即格子)内，都具有一个像素电极113；探测器10工作时，产生一个由网格中的像素电极113指向其所在网格状公共电极120的平面方向上的电场，即产生网格电场；在此网格区间内的红外光敏层130区域内因吸收红外光而产生的内光电子(即光生自由载流子)被网格电场俘获，生成电流信号，并经由读出电路将电流信号读出，即将网格区域的红外光信息转为电信号信息，从而完成光-电的信号转化。

其中，当不同波段的入射光照射到探测器10上时，对应波段的光敏像元响应接收到的入射光进行上述光电转换过程，从而实现对应波段的红外光的探测。

能够理解的是，图6的读出电路方式是以光敏元二极管无源像素的电路结构为例阐述工作原理，但并不限定读出电路的结构范围。在其他实施方式中，还可采用本领域技术人员可知的其他读出电路结构，可基于探测器的需求设置，在此不限定。

在一些实施例中，继续参照图5，网格状公共电极120的厚度H0为100nm～1000nm。

示例性地，图3-图5中，以第一方向X、第二方向Y和第三方向Z限定了探测器10所在的三维空间，其中第一方向X和第二方向Y交叉，平行于探测器的光敏面；第三方向Z垂直于光敏面，为探测器中各功能膜层的厚度方向。

基于此，网格状公共电极120的厚度H0为网格状公共电极120在第三方向Z上的尺寸，其取值范围为100nm～1000nm，其在制备工艺上较易实现，且能确保探测器具有较好的性能。

示例性地，网格状公共电极120的厚度可为100nm、300nm、655nm、1000nm、700nm～900nm或其他厚度值或厚度范围，在此不限定。

在其他实施方式中，网格状公共电极120的厚度还可设置为小于100nm或者大于1000nm的其他数值或者数值范围，可基于探测器的需求设置，在此不限定。

在一些实施例中，继续参照图3，网格状公共电极120中，格子的单边线宽为0.5μm～2.0μm。

其中，网格状公共电极120中，用于限定各格子的边构成网格电场的边缘，当红外光照射到红外光敏层130时，在该边缘位置处对应的红外光敏层130中产生的电子被网格电场所影响而转移，进而被俘获，从而使得尽可能多的光生自由载流子被俘获。

其中，格子的单边线宽为其在第一方向X和第二方向Y所确定的平面内的单条边的宽度。当格子的单边线宽过宽时，对应的网格电场的边缘较宽，会使得对应位置处的光生自由载流子转移难度较大。针对此，设置格子单边线宽的上限值为2.0μm，以确保网格电场的边缘位置处的光生自由载流子能够被有效俘获。

此外，当格子的单边线宽过窄时，工艺难度较大，且稳定性较差易断裂。针对此，通过设置格子单边线宽的下限值为0.5μm，能够有效降低工艺难度，且提高其稳定性，降低其发生断裂的几率，从而利于确保探测器整体结构较稳定，有利于延长其使用寿命。

示例性地，格子的单边线宽可为0.5μm、2.0μm、0.8μm～0.9μm、1.0μm、1.2μm或其他可选数值或可选数值范围，在此不限定。

在其他实施方式中，格子的单边线宽还可为其他任意数值，可基于探测器的需求设置，在此不限定。

在一些实施例中，网格状公共电极120中，格子为紧密排列的正多边形，正多边形的顶角为圆角，正多边形的单边边长为5μm～10μm。

其中，当像素电极113位于顶角形状为圆角的正多边形或者圆形的格子的中心时，由像素电极113指向其所在的格子的电场分布较均匀，从而像素电极113环周的各个方向上产生的内光电子所受到的驱动力较均匀，有利于俘获对应于红外光敏层130在各个方向上产生的电子，从而信号强度较大，且均匀性较好。

同时，通过设置正多边形的顶角为圆角，在使得电场分布更均匀的同时，还有利于降低网格状公共电极120的制备工艺难度，从而提高产出率和良品率，有利于降低成本。

同时，通过设置网格状公共电极120中的各格子紧密排列，有利于实现填充在格子中的光敏像元尽可能紧密排列，从而增大红外光敏层能够接收入射光的有效光敏面在整个平面内所占的比例，进而有利于增大探测器的分辨率或者探测准确性。

示例性地，正多边形可为正三角形、正方形、正六边形或者其他正多边形，在此不限定。

在其他实施方式中，网格状公共电极120中的格子的形状还可为有利于实现电场分布均匀性较好并实现有效光敏面较大的其他形状，在此不赘述也不限定。

其中，正多边形的单边边长为其在第一方向X和第二方向Y所确定的平面内的单边边长，其可为5μm、10μm、8μm、7.5μm、6μm～9μm、7μm～8μm或其他可选数值或可选数值范围，在此不限定。

示例性地，当格子的形状为正多边形时，例如其为正方形时，单个格子的面积大小可为5μm×5μm～10μm×10μm。

示例性地，当格子的形状为圆形时，单个格子的直径大小可为5μm～10μm，在此不限定。

在其他实施方式中，格子的尺寸还可采用对角线、半径或面积等能够限定其大小的参量进行描述，在此不限定。

在一些实施例中，网格状公共电极120的各个格子的面积均相同。

如此设置，有利于使得每一个光敏像元的面积均相同，从而确保探测器中各光敏像元的面积均相同，有利于提高探测器成像的均匀性和准确性。在其他实施方式中，当网格状公共电极120的格子面积不相同时，还可基于不同面积之间的相对大小，在后续信号处理时进行对应补偿，在此不赘述也不限定。

在一些实施例中，网格状公共电极120的各个格子的形状均相同。

其中，通过设置网格状公共电极120中每一个格子的形状均相同，使得网格状公共电极120的形状规律性较强，从而有利于简化网格状公共电极120的设计过程和制作工艺，有利于降低探测器的制备难度，降低其制作成本，提高产出率和良品率。

在其他实施方式中，还可设置网格状公共电极120中格子的形状不同，其可包括两种、三种或者更多种不同的形状，可基于探测器的需求设置，在此不限定。

在一些实施例中，红外光敏层130采用量子点材料，光敏像元中，第一波段像元131和第二波段像元132的探测波长组合可包括中波红外和中波红外、中波红外和长波红外、短波红外和中波红外、短波红外和长波红外、可见光和短波红外、可见光和中波红外、可见光和长波红外。

其中，该红外焦平面探测器10中，在网格状公共电极120和阵列式的像素电极113上，覆盖有镶嵌式平面分布的两个不同波段的光敏像元，即红外光敏层130包括第一波段像元131和第二波段像元132；且，在同一个平面，第一波段像元131和第二波段像元132交错排布，以确保第一波段像元131对应的红外图像的分辨率和第二波段像元132对应的红外图像的分辨率均较高。

示例性地，通过对第一波段像元131和第二波段像元132的光敏材料的选择，可实现双色探测的波长包括中波/中波红外、中波/长波红外、短波/中波红外、短波/长波红外、可见光/短波红外、可见光/中波红外、可见光/长波红外等，在此不限定。

在一些实施例中，该探测器还包括：封装保护层140，覆盖于网格状公共电极120和红外光敏层130背离电极电路基底110的一侧。

其中，封装保护层140用于对其他膜层进行封装保护，例如隔绝水氧等，从而减缓各功能膜层的性能衰减速度，确保探测器整体的性能稳定性以及较长的使用寿命。

示例性地，封装保护层140可为单层结构，其尽可能薄，以减少对入射光的吸收，从而有利于提高光透过率。示例性地，封装保护层140可采用有机高分子材料，例如环氧树脂、有机玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯、SU-8光刻胶及perfluoro(1-butenyl vinyl ether)聚合物等中的至少一种，或者采用无机绝缘材料，例如氮化硅、氧化硅等；或者采用本领域技术人员可知的其他绝缘材料，在此不限定。

在一些实施例中，封装保护层140的光透过率大于预设透过率阈值。如此设置，使得封装保护层140为对于红外光而言的透明保护膜层，该封装保护层140对红外光的反射和吸收较少，以使尽可能多的红外光透过该封装保护层140而到达其下的红外光敏层130，从而有利于增多红外光的有效吸收，有利于提高信噪比，从而提高红外图像的成像质量。

示例性地，预设光透过率阈值可为85％、90％、93％、95％、98％或者其他可选百分比数值，可基于探测器的需求设置，在此不限定。

上述对光导型探测器的结构和工作原理进行了示例性说明，下文中结合图8-图11，对光伏型探测器的结构和工作原理进行说明。

在一些实施例中，继续参照图8-图11，该探测器为光伏型探测器；该探测器还包括：离子掺杂层150，设置于红外光敏层130背离电极电路基底110的一侧；离子掺杂层150包括多个掺杂像元，掺杂像元与光敏像元一一对应设置，掺杂像元分别覆盖于光敏像元上；透明电极层160，覆盖于离子掺杂层150背离红外光敏层130的一侧，且接触网格状公共电极120；隔离层170，覆盖于各光敏像元的朝向网格状公共电极120的格子的侧面，用于电隔离光敏像元和网格状公共电极120；透明保护层180，覆盖于透明电极层160背离电极电路基底110的一侧。

示例性地，透明电极层160和透明保护层180均一体化设置。

其中，该探测器包括电极电路基底110、设置在电极电路基底110上的网格状公共电极120与阵列式的像素电极113，网格状公共电极120内每一个网格内设置一个独立的像素电极113，像素电极113与网格状公共电极120电绝缘；其上覆盖的镶嵌式平面分布的多波段红外光敏层130，多波段的红外光敏层130中的各光敏像元填充在网格状公共电极120的格子内，且与网格状公共电极120通过隔离层170实现电绝缘，多波段红外光敏层130上方覆盖有一体式的透明电极层160(即透明顶电极)，透明电极层160与网格状公共电极120电接触；透明电极层160上覆盖一体式的透明保护层180，以实现封装保护。

示例性地，参照图8或图10，在电极电路基底110上设置一层一体式的网格状公共电极120，在其网格内设置有不同波段的光敏像元，分别以第一波段像元131和第二波段像元132示出。如图8或图10所示，各不同波段的光敏像元设置在同一个平面内，各自作为像元结构镶嵌在网格状公共电极的网格内部，并交错排布，组成平面耦合的镶嵌式多波段探测像元，且确保响应于不同波段形成的红外图像均具有较高的分辨率。同时，在光敏像元与网格状公共电极130间具有环周式的隔离层170，其用于隔绝光敏像元与网格状公共电极120，避免其直接接触，从而避免产生横向的光电流流动，以有利于提高探测准确性，后文中结合原理进行详述。

该光伏型探测器中，在每个光敏像元上表面均具有对应的金属离子掺杂薄面层，即离子掺杂层150包括的对应于光敏像元的各掺杂像元；一体式的透明电极层160覆盖在离子掺杂层150上，与所有掺杂像元相接触，且一体式的透明电极层160也与网格状公共电极120相接触，如此便于实现光敏像元响应于入射光生产的自由载流子的导出。

其中，电极电路基底110、网格状公共电极120和红外光敏层130可与上文中光导型探测器的设置相同，在此不赘述。

其中，隔离层170可采用Su-8光刻胶材料。

其中，透明电极层160可采用氧化铟锡(ITO)、氧化铟锌(IZO)、氧化铟镓(IGO)、氧化镓锌(GZO)、氧化锌(ZnO)、氧化铟(In2O3)、氧化铝锌(AZO)或碳纳米管等中的至少一种。

其中，透明保护层180可采用有机高分子材料，例如环氧树脂、有机玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯、SU-8光刻胶及perfluoro(1-butenyl vinyl ether)聚合物等中的至少一种，或采用无机绝缘材料，例如氮化硅、氧化硅等；或采用本领域技术人员可知的其他绝缘材料，在此不限定。

示例性地，结合图10和图11，在网格状公共电极120的每一个网格空间内，都具有一个像素电极113。探测器10工作时，某个波段的光敏像元接收到对应波长的入射光，产生对应的电子与空穴，其因为上表面掺杂金属离子的缘故，电子与空穴的扩散并不平均，于是在整个光敏像元内，在其上表面与下表面之间产生电势差。此时，在光敏像元的上表面与下表面间建立电路回路，便会产生电流，电流大小取决于光敏像元上表面与下表面的电势差以及电路回路的电阻；读出电路基底基于此读取电流信号，从而使得到的光敏像元的电势差信号对应于吸收红外光而响应产生的电信号。其中，电路回路的结构为：读出电路→阵列式的像素电极→光敏像元→离子掺杂表面层(即掺杂像元)→透明顶电极→网格状公共电极→读出电路基底，从而完成光信号到电信号地转化。

其中，通过设置隔离层170，并利用隔离层170将光敏像元与网格状公共电极120电隔离开，能够避免电流不均匀的侧漏向网格状公共电极120，从而避免影响从光敏像元上表面至下表面间的电势差，进而有利于提高探测准确性和均匀性。此外，阵列式的像素电极113尽可能大，尽量大面积地与光敏像元的下表面接触，以使得形成电势差的上下表面的面积相当，电势差较准确，进而有利于提高探测准确性。

能够理解的是，图11的读出电路方式是以光敏元二极管无源像素的电路结构为例阐述工作原理，但并不限定读出电路的结构范围。在其他实施方式中，还可采用本领域技术人员可知的其他读出电路结构，可基于探测器的需求设置，在此不限定。

本公开实施例提供的多波段超像元红外焦平面探测器的有益效果至少包括：首先，采用像素电极和网格状公共电极完全埋入红外光敏层的光敏像元的下方或侧方的结构，避免了电极对红外光敏层的遮挡，能够在实现至少两个不同波段的探测的同时，实现较高的光学填充率，从而提高了焦平面对红外光的吸收率，有利于提高探测准确性。同时，在读出电路基底上，光刻、蒸镀、磁控溅射或电子束沉积网格状公共电极与阵列式的像素电极，因此无需采用铟柱生长与倒装互连工艺，极大地降低了成本，提高产出率。此外，网格状公共电极、阵列式的像素电极与红外光敏面的结合，使得每一个光敏像元的信号由像素电极传输至读出电路基底时，其路径大致相当，电学信号被读取时受电路路径长短的影响较小，从而获得更高质量的红外信号，且探测器整体的均匀性较高；有利于制作大面阵的平面耦合式多波段红外焦平面探测器。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本公开的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本公开。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本公开的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本公开将不会被限制于本文所述的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。