[發(fā)明專利]PbSe光敏薄膜紅外光電探測芯片及其制備方法、紅外光電探測器

有效

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• 申請日: 2019-12-20
• 公開（公告）號: CN113013283B
• 公開（公告）日: 2023-07-04
• 發(fā)明（設計）人: 丁玎;何峰;張浩;王棟
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第四十八研究所
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;H01L21/02;H01L21/477;H01L31/032;H01L31/09
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所(普通合伙) 43008
• 代理人: 何文紅

本發(fā)明公開了一種PbSe光敏薄膜紅外光電探測芯片及其制備方法、紅外光電探測器，該芯片的制備方法包括以下步驟：在芯片襯底上制備緩沖層；在緩沖層上制備PbSe薄膜；對PbSe薄膜進行敏化處理，得到PbSe光敏薄膜紅外光電探測芯片。本發(fā)明制備方法具有工藝簡單、操作方便、成本低廉等優(yōu)點，且制得的芯片具有小尺寸、大陣列大規(guī)模、快速響應、高響應度、高靈敏度等優(yōu)點，對于擴大紅外光電探測器的應用范圍具有十分重要的意義。本發(fā)明紅外光電探測器中以上述制得的芯片為探測器的核心元件，可滿足響應時間短、靈敏度高等要求，無需考慮薄膜后續(xù)封裝以及信號引出的問題；同時，通過設置參考探測器，可以提高檢測靈敏度和檢測可靠性。

技術領域

本發(fā)明屬于紅外光電探測器制備技術領域，涉及一種PbSe光敏薄膜紅外光電探測芯片及其制備方法、紅外光電探測器。

背景技術

紅外探測器是一種將紅外輻射轉換為電子信號的光電器件，其中光電反應只在光敏元件上進行，而后續(xù)的信號處理步驟則只涉及到電子學技術，因此紅外探測芯片是紅外探測器的核心元件。紅外探測器主要包括紅外氣體探測器和紅外光電探測器，其中常用的氣體探測器多為化學原理，存在靈敏度較差、使用壽命較短、反應時間比較長等問題；而常用的紅外光電探測器存在價格較為昂貴、靈敏度較低、尺寸較大等問題。

目前，紅外光電探測器的芯片材料主要有Ⅲ-Ⅴ族(如GaAs、InSb等)、Ⅳ-Ⅵ族(如PbS、PbSe、PbTe等)、HgCdTe等材料體系，由Ⅳ-Ⅵ族化合物材料制成的紅外探測器能在較高溫度條件下保持優(yōu)異的紅外探測性能(峰值探測率和響應率)，極大地降低了該類探測器的制造和使用成本。另外，Ⅳ-Ⅵ族化合物薄膜紅外探測器對于3-5μm波段時信噪比較高，而且諸如甲烷、二氧化碳、氨氣等氣體典型的吸收峰也在這個波段范圍，因此Ⅳ-Ⅵ族化合物探測器作為適合于這一波段的探測器，具有廣泛的應用前景。硒化鉛(PbSe)薄膜具有立方結構的窄禁帶半導體材料，因其能在室溫條件下保持優(yōu)良的紅外光化敏感化和響應率，然而，現(xiàn)有硒化鉛薄膜制備工藝中存在以下問題：操作過程復雜，制備效率低，無法制備大陣列的探測器；同時制得的PbSe的光敏性較弱，內部缺陷較多，探測率較低，容易老化，難以得到高靈敏的PbSe薄膜。另外，現(xiàn)有紅外光電探測器的應用過程中容易受到光源功率不穩(wěn)定等因素的影響，會對檢測靈敏度、檢測可靠性造成不利影響，從而限定了紅外光電探測器的應用范圍。因此，獲得一種工藝簡單、操作方便、成本低廉的PbSe光敏薄膜紅外光電探測芯片的制備方法，對制備得到小尺寸、大陣列大規(guī)模、快速響應、高響應度、高靈敏度的紅外光電探測芯片以及擴大紅外光電探測器的應用范圍具有十分重要的意義。

發(fā)明內容

本發(fā)明要解決的技術問題是克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種工藝簡單、操作方便、成本低廉的PbSe光敏薄膜紅外光電探測芯片的制備方法以及由此制得的小尺寸、大陣列大規(guī)模、快速響應、高響應度、高靈敏度的PbSe光敏薄膜紅外光電探測芯片，以及包括該PbSe光敏薄膜紅外光電探測芯片的紅外光電探測器。

為解決上述技術問題，本發(fā)明采用以下技術方案：

一種PbSe光敏薄膜紅外光電探測芯片的制備方法，包括以下步驟：

S1、在芯片襯底上制備緩沖層；

S2、采用離子束濺射工藝在步驟S1中制得的緩沖層上制備PbSe薄膜；

S3、對步驟S2中制得的PbSe薄膜進行敏化處理。

上述的制備方法，進一步改進的，所述制備方法還包括以下步驟：在緩沖層上制備電極，得到PbSe光敏薄膜紅外光電探測芯片。

上述的制備方法，進一步改進的，所述電極為金電極。

上述的制備方法，進一步改進的，所述步驟S1中，所述芯片襯底為玻璃或硅片；所述緩沖層為CaF₂、BaF₂、Si₃N₄中的至少一種；所述緩沖層的厚度為5nm～20nm。