[發明專利]一種石墨烯/硫化鉛紅外探測器及其制備方法

在審

• 申請號: 202010026016.5
• 申請日: 2020-01-10
• 公開（公告）號: CN111129198A
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發明（設計）人: 冷重錢;申鈞;聶長斌;張之勝;楊俊;湯林龍;馮雙龍;魏興戰;史浩飛
• 申請（專利權）人: 中國科學院重慶綠色智能技術研究院
• 主分類號: H01L31/09
• 分類號: H01L31/09;H01L31/032;H01L31/18
• 代理公司: 北京元本知識產權代理事務所(普通合伙) 11308
• 代理人: 熊傳亞

本發明公開一種石墨烯/硫化鉛紅外探測器及其制備方法，其中，一種石墨烯/硫化鉛紅外探測器，包括襯底，所述襯底向上依次覆蓋有石墨烯薄膜、金屬電極、硫化鉛種子層、硫化鉛納米晶薄膜層；其中，所述石墨烯薄膜上兩端各鋪設有一個所述金屬電極。本發明通過在石墨烯和金屬電極表面引入硫化鉛種子層，基于種子層輔助生長硫化鉛納米晶，得到致密、平整、均勻的高質量硫化鉛納米晶薄膜層，最終實現高響應度的紅外探測器。

技術領域

本發明屬于半導體光電子器件領域，涉及一種石墨烯/硫化鉛紅外探測器及其制備方法。

背景技術

紅外探測器是一種把紅外光信號轉換為電信號的器件，根據器件對紅外光輻射響應方式的不同，紅外探測器可分為光電導型、內建電場光伏型、光熱電型和測輻射熱計型。紅外探測器是現代國防軍事的重要技術，方便官兵在夜晚、煙霧、霧天中的觀察作戰。目前廣泛應用的紅外探測器技術包括制冷和非制冷兩類，其中制冷型紅外成像由于需要復雜的制冷設備，而導致系統笨重，不易于官兵作戰。非制冷紅外成像技術起步較晚，但是發展迅速，硫化鉛紅外探測器是一種典型的非制冷紅外探測器。

現有技術中，通過將石墨烯與硫化鉛吸光層相結合，形成復合結構，石墨烯中的電子轉移至近端吸光層，填充由光子吸收產生的硫化鉛價帶中的空態，使得硫化鉛中光激發產生的電子空穴對復合受到抑制，硫化鉛中的電子保留在導帶中而不會衰減。同時，石墨烯與硫化鉛所形成的異質結可實現光生載流子的有效分離，使得載流子壽命增大，進而引起器件增益和響應度的協同增加。

然而，上述復合結構中硫化鉛的制備方法通常為旋涂法，通過多次重復：旋涂、配體置換、清洗等步驟，得到硫化鉛薄膜的目標厚度。該方法工藝復雜、效率低、實驗重復性差。化學水浴法是一種工藝極其簡單、實驗重復性好的硫化鉛制備方法，但在石墨烯和金屬電極表面通過該方法制備的硫化鉛，由于不同材料表面硫化鉛的生長速度不一樣，導致硫化鉛成膜質量較差，得到的探測器幾乎沒有響應。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的之一在于提供一種石墨烯/硫化鉛紅外探測器，該紅外探測器通過增加硫化鉛種子層得到致密、平整、均勻的高質量硫化鉛納米晶薄膜層，最終實現高響應度的紅外探測器。

為實現上述目的，本發明的技術方案為：

一種石墨烯/硫化鉛紅外探測器，包括襯底，所述襯底向上依次覆蓋有石墨烯薄膜、金屬電極、硫化鉛種子層、硫化鉛納米晶薄膜層；其中，所述石墨烯薄膜上兩端各鋪設有一個所述金屬電極。

優選地，所述襯底包括帶有二氧化硅層的硅片。

進一步地，所述金屬電極與所述襯底間鋪設1-3層石墨烯薄膜。

進一步地，所述金屬電極包括金、銀、鉻/金、鉻/銀；其中，含鉻的復合金屬電極，鉻位于石墨烯薄膜之上，金或銀薄膜位于鉻之上。

進一步地，所述硫化鉛種子層是由大小為1-10nm量子點構成的薄膜，所述硫化鉛種子層的厚度為8-16nm。

進一步地，所述硫化鉛納米晶薄膜層是由粒徑為50-500nm的納米晶體構成的薄膜，所述硫化鉛納米晶薄膜的厚度為70-150nm。

優選地，所述量子點的配體包括EDT、辛胺。

有鑒于此，本發明的目的之二在于提供一種石墨烯/硫化鉛紅外探測器的制備方法，通過使用該制備方法，能得到致密、平整、均勻的高質量硫化鉛納米晶薄膜層，最終實現高響應度的紅外探測器。

為實現上述目的，本發明的技術方案為：

一種石墨烯/硫化鉛紅外探測器的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)制備石墨烯薄膜并將其轉移至潔凈的襯底上；

(2)在石墨烯薄膜表面沉積金屬并圖形化，形成金屬電極；