[發(fā)明專利]能級調(diào)控PbS量子點光電探測器及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202211705410.7
• 申請日: 2022-12-29
• 公開（公告）號: CN116190485A
• 公開（公告）日: 2023-05-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 余黎靜;唐利斌;田品;郝群;鐘和甫;左文彬;雷曉虹;鄧功榮;王靜宇;黃俊博;馮江敏;袁俊;龔曉霞;施靜梅
• 申請（專利權(quán)）人: 昆明物理研究所
• 主分類號: H01L31/109
• 分類號: H01L31/109;H01L31/0352;H01L31/18;H01L31/0336;H01L31/0224
• 代理公司: 昆明祥和知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 53114
• 代理人: 和琳

能級調(diào)控PbS量子點光電探測器及其制備方法，屬于光電技術(shù)領(lǐng)域。該探測器包括襯底；ITO透明電極層，形成于所述襯底上；AZO功能層，形成于ITO透明電極層上；PbS膠體量子點，形成于AZO功能層上；碲化鉍（Bisubgt;2/subgt;Tesubgt;3/subgt;）電荷傳輸層，形成于PbS膠體量子點上；Al電極，形成于Bisubgt;2/subgt;Tesubgt;3/subgt;電荷傳輸層上。該探測器的制備方法中，AZO功能層通過磁控的方法實現(xiàn)，PbS量子點薄膜通過多次旋涂和配體交換的方式實現(xiàn)，碲化鉍（Bisubgt;2/subgt;Tesubgt;3/subgt;）通過磁控濺射的方法生長，Al電極層通過真空蒸鍍的方法實現(xiàn)。本發(fā)明探測器，通過小尺寸的PbS量子點與寬響應(yīng)波段和高吸收率的Bisubgt;2/subgt;Tesubgt;3/subgt;材料結(jié)合，所設(shè)計的ITO/AZO/PbS?CQDs/Bisubgt;2/subgt;Tesubgt;3/subgt;/Al的能帶排列結(jié)構(gòu)不僅為電荷分離/傳輸提供了便利，從而提高器件性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光電探測器技術(shù)領(lǐng)域，尤其是PbS量子點光電探測器及其制備技術(shù)。

背景技術(shù)

由于量子點的量子限域效應(yīng)，通過調(diào)節(jié)量子點的尺寸、結(jié)構(gòu)和形狀，就可以調(diào)節(jié)量子點的帶隙寬度。尺寸的增大導(dǎo)致了電子和空穴波函數(shù)的約束減弱，量子點的吸收光譜出現(xiàn)紅移，而且尺寸越大，吸收光譜的紅移現(xiàn)象越顯著。為了合成大尺寸的膠體量子點，通常使用較高的生長溫度和較長的生長時間，由于生長過程中不可控的成核過程和奧斯特瓦爾德熟化，會導(dǎo)致高缺陷密度和不同納米晶之間的尺寸差異大，使合成的量子點光學(xué)性能變差。因此，使用PbS膠體量子點很難達(dá)到2.5-3μm的區(qū)域。

大尺寸的量子點更容易被氧化，合成難度更大，通過增大量子點的尺寸來拓寬響應(yīng)波段，對量子點合成技術(shù)、量子點和器件的穩(wěn)定性來說，都是一項挑戰(zhàn)。然而，提升膠體量子點光伏型光電探測器的性能，目前主要集中于量子點薄膜遷移率的提升、雜化技術(shù)，但性能都難以得到巨大的提升，響應(yīng)率小于1AW^-1。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明采用穩(wěn)定性良好的小尺寸量子點來制備器件，使得器件顯示出優(yōu)異的穩(wěn)定性，在制備后未進(jìn)行封裝放置六個月，器件性能仍能表現(xiàn)出優(yōu)秀的穩(wěn)定性和重復(fù)性。

能級調(diào)控PbS量子點光電探測器，為垂直型多層結(jié)構(gòu)，其特征在于從下至上，分別為襯底、ITO或FTO電極、AZO功能層、PbS量子點光敏層、Bi₂Te₃薄膜和Al電極。

能級調(diào)控PbS量子點光電探測器制備方法，包括以下步驟：

步驟1，清洗已在表面制備ITO或FTO透明電極的透明襯底；

步驟2，在已制備ITO或FTO透明電極的透明襯底上磁控濺射一層AZO薄膜，濺射在室溫下進(jìn)行，濺射功率為140-220W、Ar流量為60-100sccm，濺射壓強(qiáng)為3-10Pa，濺射時間20-100min；

步驟3，在濺射完AZO的襯底上，旋涂PbS量子點，旋涂轉(zhuǎn)速為2000-2500rpm，旋涂時間為20-40s；旋涂PbS量子點5-10層；

其中，PbS量子點的溶劑為正辛烷或正己烷，濃度為10?-50mg/mL，每旋涂完一層量子點，進(jìn)行TBAI配體交換，交換時間為30-60s，交換完后用甲醇進(jìn)行清洗；

步驟4，在PbS量子點薄膜上磁控濺射一層Bi₂Te₃薄膜，濺射在室溫下進(jìn)行，濺射功率為150-200W、Ar流量為60-100sccm，濺射壓強(qiáng)為3-10Pa，濺射時間1-5s；

步驟5，Bi₂Te₃薄膜上鍍膜生長一層Al電極，使用物理氣相沉積法鍍涂Al電極，蒸鍍時間為2-10min，構(gòu)筑完成探測器。

所述襯底為金剛石、藍(lán)寶石或石英。