[發(fā)明專利]基于摻鈷的鐵鈷酸鑭納米薄膜的紅外光電探測器及其制法

有效

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• 申請日: 2021-05-08
• 公開（公告）號(hào): CN113193068B
• 公開（公告）日: 2022-11-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 仲志成;景昭君
• 申請（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L31/107
• 分類號(hào): H01L31/107;H01L31/0224;H01L31/032;H01L31/18;C01G51/00
• 代理公司: 吉林長春新紀(jì)元專利代理有限責(zé)任公司 22100
• 代理人: 王怡敏

本發(fā)明涉及一種基于摻鈷的鐵鈷酸鑭納米薄膜的紅外光電探測器及其制法，屬于無機(jī)半導(dǎo)體光電探測器技術(shù)領(lǐng)域。由叉指電極及涂覆在叉指電極上的鈣鈦礦納米薄膜組成，所述的鈣鈦礦納米薄膜以LaFeO₃鈣鈦礦納米晶為基質(zhì)材料，并通過鈷離子摻雜LaFeO₃鈣鈦礦納米晶的Fe位得到的。該制備方法所制備的鈣鈦礦光探測器具有結(jié)構(gòu)簡單、制備工藝簡單，生產(chǎn)成本低，無需昂貴的儀器設(shè)備等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明通過對鐵酸鑭進(jìn)行鈷離子摻雜所得的薄膜敏感材料大大提高LaFeO₃在紅外線區(qū)域的光吸收強(qiáng)度，增加鈣鈦礦的電學(xué)性能，降低表面缺陷和改善載流子遷移率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無機(jī)半導(dǎo)體光電探測器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于摻鈷的鐵鈷酸鑭納米薄膜的紅外光電探測器及其制法。

背景技術(shù)

太陽光可以分為三個(gè)波段，紫外區(qū)、可見區(qū)、紅外區(qū)；0.75~1000μm的波段為紅外波段。其中780-2526nm為近紅外波段。在民用領(lǐng)域，用于通訊、醫(yī)學(xué)成像、環(huán)境和氣象監(jiān)測等方面；在軍事中，用于軍事偵察、中夜視、紅外制導(dǎo)等方面紅外光電探測器都有著不可替代的作用。

紅外光探測器是一種通過光電信號(hào)轉(zhuǎn)變而實(shí)現(xiàn)感知探測的重要光電器件，光電探測主要通過以下步驟完成檢測：首先在外界紅外光輻射的情況下探測器產(chǎn)生光生載流子，然后光生載流子通過擴(kuò)散和漂移的形式在半導(dǎo)體內(nèi)部進(jìn)行輸運(yùn)和倍增，最后光生載流子形成的光電流被兩端電極收集，從而實(shí)現(xiàn)了對外界光輻射的檢測。

紅外探測器可將人類肉眼不可見的紅外輻射能轉(zhuǎn)換為可測量的能量，其研究最重要的是材料和器件結(jié)構(gòu)的選擇。與大多塊狀材料相比，納米薄膜材料優(yōu)異的光電特性有利于其應(yīng)用在光電探測領(lǐng)域。納米材料尺寸小，內(nèi)部電荷運(yùn)輸速度快，因而響應(yīng)速度會(huì)大大提高。同時(shí)較大的比表面積也使得納米材料對光吸收面積大，即光吸收能力也較強(qiáng)。

目前市售的近紅外光電探測器通常是硅基光電探測器，僅能響應(yīng)波長短于1100nm的紅外光。而且這些光電探測器通常具有復(fù)雜的器件結(jié)構(gòu)，繁瑣的制備步驟,這使其的造價(jià)昂貴， 限制了其應(yīng)用；而傳統(tǒng)金屬氧化物電子傳輸材料導(dǎo)電性差、缺陷多，對光吸收能力相對弱。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于摻鈷的鐵鈷酸鑭納米薄膜的紅外光電探測器及其制法，解決了現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題。本發(fā)明提高對近紅外波段光吸收能力。LaFeO₃作為一種鈣鈦礦(ABO₃)型復(fù)合氧化物，其熔點(diǎn)為1900 ℃，具有良好的高溫?zé)岱€(wěn)定性，由于其物理、化學(xué)性質(zhì)優(yōu)異，在固體電解液、固體氧化物燃料電池、電化學(xué)器件等多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。根據(jù)半導(dǎo)體光吸收理論，向基質(zhì)中引入適當(dāng)?shù)碾s質(zhì)，形成對應(yīng)于近紅外波段的雜質(zhì)能級(jí)，能夠增強(qiáng)半導(dǎo)體在相應(yīng)波段的吸收率。LFO中的Co摻雜會(huì)導(dǎo)致帶隙減小，這可用于光電應(yīng)用。

本發(fā)明的上述目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

基于摻鈷的鐵鈷酸鑭納米薄膜的紅外光電探測器，由叉指電極5及涂覆在上面的鈣鈦礦納米薄膜組成，所述的鈣鈦礦納米薄膜以LaFeO₃鈣鈦礦納米晶為基質(zhì)材料，并通過Co離子摻雜LaFeO₃鈣鈦礦納米晶的Fe位得到的。

所述的叉指電極5由PET柔性襯底、金屬層和電極層組成。

所述的金屬層為Cu電極，厚度為6μm。

所述的電極層為Au電極，厚度為1μm。

所述的鈷離子的摻雜濃度為1mol%—3mol%。

所述的摻鈷離子的鐵鈷酸鑭納米材料單晶粒度小，晶體排列緊密存在較多較小空隙，呈鱗片狀。

本發(fā)明的另一目的是提供上述基于鈷離子摻雜的鐵鈷酸鑭納米晶體的紅外光電探測器的制備方法，首先通過溶膠-凝膠法合成鈷離子摻雜鐵鈷酸鑭鈣鈦礦納米材料，包括以下步驟：

（1）、鐵酸鑭鈣鈦礦納米材料的制備