[發明專利]一種寬波段近紅外探測器的制備方法及寬波段近紅外探測器

在審

• 申請號: 202110203322.6
• 申請日: 2021-02-24
• 公開（公告）號: CN113036000A
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發明（設計）人: 張陳斌;馮葉;楊春雷;楊佳偉;彭燕君;張玉萍;王偉;張琛
• 申請（專利權）人: 深圳先進技術研究院
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;H01L31/032;H01L31/101
• 代理公司: 深圳市科進知識產權代理事務所(普通合伙) 44316
• 代理人: 魏毅宏

本發明提供的寬波段近紅外探測器，包括依次層疊設置、鉬背電極、CCZTSe吸收層、CdS緩沖層及窗口層，所述CCZTSe吸收層底部摻雜有NaF或KF或LiF或RbF或CsF；和/或；所述CCZTSe吸收層中間摻雜NaF或KF或LiF或RbF或CsF；和/或；所述CCZTSe吸收層上表面蒸鍍有NaF或KF或LiF或RbF或CsF，由于在CCZTSe吸收層不同部位同時蒸鍍一定量NaF或KF或LiF或RbF或CsF，由于NaF或KF或LiF或RbF或CsF可以促進吸收層晶粒尺寸增大，減少缺陷及晶界，提高探測器效率。另外，本發明還提供了寬波段近紅外探測器的制備方法。

技術領域

本發明涉及光電技術領域，特別涉及一種寬波段近紅外探測器的制備方法及其制備方法。

背景技術

紅外探測器的工作環境適應性好，在夜間和惡劣天氣下其工作能力優于可見光；隱蔽性較好，不易被干擾；體積小、質量輕、功耗低。因此，紅外探測器在軍事、國防和民用領域都得到廣泛的研究和應用。目前市場上所應用的紅外探測器主要是銦鎵砷探測器，其性能優異，然而材料缺陷容忍度較低，需要在單晶InP襯底上用分子束外延方法制備，制備工藝復雜，導致生產成本高。為克服成本和效率問題，應用新材料、改善工藝方法是解決目前紅外探測器成本高昂的主要方式。

基于新的短波紅外吸收材料銅鎘鋅錫硒(Cu₂Cd_xZn_1-xSnSe₄，以下簡寫為CCZTSe)制備的寬波段近紅外探測器，可同時覆蓋可見光和短波紅外波段，波長吸收范圍大致在400-1700nm。其原材料來源豐富，可以采用大面積多晶薄膜制備技術，工藝較為簡單，成本較低，易于規模化生產。但是，多元化合物生長的不可控因素多，多相共存、晶粒尺寸過小，缺陷及晶界過多導致器件性能低下。因此，促進晶粒生長，減少結構缺陷和晶界對于提升探測器性能至關重要。

在通常的單點和一維探測器結構當中，基底主要采用鈉鈣玻璃襯底，制備工藝通常采用450℃以上高溫退火，在高溫退火過程中，鈉鈣玻璃基底中的堿金屬鈉會逐步擴散到功能層中，起到輔助晶體生長和鈍化晶粒缺陷的作用。

現有技術主要是基于玻璃襯底和高溫制備工藝(450℃)，當要制備二維成像芯片時，需要將CMOS外部讀出電路與CCZTSe探測器集成。當CCZTSe探測器直接與CMOS讀出芯片結合時，需要考慮CCZTSe制備工藝是否在CMOS芯片承受范圍內。通常CMOS芯片不能長時間承受400℃的工藝制程，以免芯片內部的銅絲電路擴散。因此后續的CCZTSe制備工藝都要控制在400℃以下。在低溫制備工藝下，吸收層晶體結晶程度較低，晶粒無法長大。而且由于硅基底不含堿金屬鈉，無法像玻璃襯底上通過Na的自擴散達到輔助晶粒生長的目的，因此導致了吸收層晶粒尺寸普遍較小、缺陷較多，導致其光電探測效率低下。

發明內容

鑒于此，有必要提供一種減少缺陷及晶界以提高探測器效率的寬波段近紅外探測器的制備方法。

為解決上述問題，本發明采用下述技術方案：

本發明提供了一種寬波段近紅外探測器的制備方法，包括下述步驟：

制備鉬背電極；

在所述鉬背電極表面制備CCZTSe吸收層，所述CCZTSe吸收層底部摻雜有NaF或KF或LiF或RbF或CsF層；和/或；所述CCZTSe吸收層中間摻雜NaF或KF或LiF或RbF或CsF層；和/或；所述CCZTSe吸收層上表面蒸鍍有NaF或KF或LiF或RbF或CsF層。

在所述CCZTSe吸收層表面沉積CdS緩沖層；

在所述CdS緩沖層上制備CCZTSe的窗口層。

在其中一些實施例中，在將制備鉬背電極的步驟中，具體包括下述步驟：