[發明專利]寬波段PbS量子點基光電探測器及其制備方法

在審

• 申請號: 202211705421.5
• 申請日: 2022-12-29
• 公開（公告）號: CN116190486A
• 公開（公告）日: 2023-05-30
• 發明（設計）人: 唐利斌;余黎靜;田品;郝群;鐘和甫;左文彬;蘇潤紅;李志華;楊敏;馬啟;余連杰
• 申請（專利權）人: 昆明物理研究所
• 主分類號: H01L31/109
• 分類號: H01L31/109;H01L31/18;H01L31/0336
• 代理公司: 昆明祥和知識產權代理有限公司 53114
• 代理人: 和琳

寬波段PbS量子點基光電探測器及其制備方法，屬于光電探測技術領域。該探測器包括：襯底；碲化鉍（Bisubgt;2/subgt;Tesubgt;3/subgt;），形成于襯底上，并進行快速退火處理；PbS膠體量子點，形成于碲化鉍（Bisubgt;2/subgt;Tesubgt;3/subgt;）上；Al電極，形成于PbS膠體量子點上。該光電探測器的制備方法中，碲化鉍（Bisubgt;2/subgt;Tesubgt;3/subgt;）通過磁控濺射的方法生長，并在快速退火爐中退火；PbS膠體量子點薄膜通過旋涂的方式成膜，并在旋涂過程中進行配體交換；Al電極用進行掩膜后，使用物理氣相沉積(PVD)技術蒸鍍。本發明中，PbS?CQDs有強吸收的特點，Bisubgt;2/subgt;Tesubgt;3/subgt;材料具有高遷移率、強吸收和寬波段響應的特點，利用兩種材料的協同效應，在室溫下就實現了可見?中波的寬波段探測。

技術領域

本發明涉及光電探測器技術領域，尤其是量子點光導型光電探測器及其制備技術。

背景技術

以碲鎘汞HgCdTe為代表的傳統光電探測材料，由于其間隙可調，目前在紅外探測領域應用最為廣泛。但由于其生長成本高、器件制備工藝復雜、需要制冷、與硅晶格失配等一系列缺點，使得其應用受到限制。

量子點由于其獨特的性能，可溶液加工的特點有利于晶片的規模制造，被認為是下一代光電探測器的理想材料。PbS?CQDs作為經典的量子點材料，是目前被研究最廣泛的量子點材料之一。PbS?CQDs可通過調控量子點的尺寸調節其帶隙，此外，由于PbS?CQD具有較高的吸收系數，因此常被用作紅外光電探測器的吸光層。然而，量子限域效應使得CQD半導體的光學帶隙只能從一個最小值增加，這個值由各自體塊材料的帶隙給出。因此，只有當該半導體材料的塊狀材料帶隙非常低(0.4eV)時，CQD才能在中波和長波紅外(MWIR和LWIR)中產生光電子。由于PbS材料體帶隙的限制(PbS的體帶隙為～0.41eV)，使得PbS量子點在中波和長波波段的潛在探測潛力非常有限。為突破這個限制，實現PbS量子點器件的中波探測，通過“重摻雜”的方式可以實現。但是這些方法不能產生穩定的重摻雜固態薄膜，或是實現條件比較復雜，難以實現產品化。

發明內容

本發明的目的是解決PbS量子點在中波和長波波段探測的限制，實現探測器在Vis-NIR波段有不錯的性能，并且在MWIR波段(4.6nm-5.1nm)也有光譜響應。

寬波段PbS量子點基光電探測器，為垂直型多層結構，其特征在于探測器從下至上，分別為襯底、Bi₂Te₃薄膜、PbS量子點光敏層、Al電極。

寬波段PbS量子點基光電探測器制備方法，包括以下步驟：

步驟1，襯底清洗；

步驟2，在襯底上磁控濺射一層Bi₂Te₃薄膜，濺射在室溫下進行，濺射功率為130-220W、Ar流量為60-100sccm，濺射壓強為3-10Pa，濺射時間1-10s；

步驟3，把濺射好的Bi₂Te₃薄膜放入快速退火爐中進行快速退火處理，退火溫度為200-400℃，退火時間為5-20min，退火在保護氣體Ar或是N₂的氛圍下進行；

步驟4，在退火后，Bi₂Te₃薄膜上旋涂PbS量子點光敏層，旋涂機轉速為1000-2500轉/秒，旋涂PbS量子點的層數為5-10層；

所述PbS量子點溶于正辛烷中，濃度為10?-50mg/mL；每旋涂完一層量子點，進行TBAI配體交換，交換時間為30-60s，交換完后用甲醇進行清洗；

步驟5，在PbS量子點光敏層上，通過用金屬掩膜后，使用物理氣相沉積法蒸鍍涂Al電極，蒸鍍時間為2-10min，構筑完成探測器。