一种近红外光电探测器件制造方法技术

本发明专利技术公开了一种近红外光电探测器件制造方法，涉及光电探测器技术领域，解决了量子点表面由于配体不完全覆盖产生了悬挂键，往往导致量子点沉积成膜后，载流子输运能力较差、载流子容易被悬挂键俘获，不利于制备高灵敏的近红外光电探测器件的问题，其技术方案要点是：通过氯气的气氛处理，在器件制备过程当中，量子点湿法成膜的阶段，通过工艺手段原位把羧酸配体替换为短链氯离子配体，同时填补由于合成过程中的悬挂键，可以有效提升量子点膜的载流子输运性能，最终提升近红外光电探测器件探测效率。

A manufacturing method of near infrared photoelectric detector

The invention discloses a manufacturing method of near-infrared photoelectric detection device, which relates to the technical field of photoelectric detector, and solves the problem that the hanging bond is produced on the surface of quantum dot due to the incomplete covering of ligand, which often leads to the deposition of quantum dot into film, poor carrier transport ability, carrier capacity easily captured by the hanging bond, and is not conducive to the preparation of high sensitive near-infrared photoelectric detection device The key points of the technical scheme are as follows: in the process of device preparation, in the stage of wet film formation of quantum dots, carboxylic acid ligands are replaced by short chain chloride ligands in situ by technological means, and the suspension bond in the synthesis process is filled at the same time, which can effectively improve the carrier transport performance of quantum dot films, and finally improve the detection efficiency of near-infrared photodetectors.

【技术实现步骤摘要】
一种近红外光电探测器件制造方法
本专利技术涉及光电探测器
，更具体地说，它涉及一种近红外光电探测器件制造方法。
技术介绍
半导体量子点，又称为半导体纳米晶，通常情况下是由II-VI族、IV-VI族、III-V族等半导体元素组成，其粒径小于或接近于激子波尔半径。经过近30年的研究与发展，量子点合成技术发展取得了显著突破，PbSe量子点最早由在2001年成功制备，他们通过类似于II-VI族量子点的合成方法，利用油酸铅为阳离子前驱体、硒的正三辛基磷-溶液为阴离子前驱体通过热注入获得。后来的研究者进一步改进了PbSe量子点合成，他们借鉴了当时CdSe量子点的研究成果，利用非极性的十八烯为反应溶液获得了高质量的PbSe量子点。由于高质量的量子点均采用的是全溶液合成方法，非常适合采用旋涂、印刷等溶液加工的方式制备成膜。IV-VI族PbSe、PbS、PbTe半导体量子点材料，由于其光学带隙在近红外波段(800nm-2000nm)连续可调，是近红外成像的理想半导体材料。IV-VI族半导体量子点在合成制备过程中采用了长链羧酸作为表面配体(如油酸)，同时量子点表面由于配体不完全覆盖产生了悬挂键，往往导致量子点沉积成膜后，载流子输运能力较差、载流子容易被悬挂键俘获，不利于制备高灵敏的近红外光电探测器件。因此，如何设计一种近红外光电探测器件制造方法是我们目前迫切需要解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种近红外光电探测器件制造方法，具有有效提升量子点膜的载流子输运性能，从而提升近红外光电探测器件探测效率的效果。本专利技术的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种近红外光电探测器件制造方法，包括以下步骤：S1：选取重掺硅作为基底以及含有氧化硅绝缘层的基片作为衬底，氧化硅绝缘层的厚度小于300nm；S2：通过溶液旋涂或打印方法，在衬底基片沉积量子点薄膜，量子点薄膜厚度范围为10-50nm；S3：成膜后，通入氯气和氩气的混合气体，混合气体中氯气的气体体积占比为5％-15％，通气时间为2min-240min；S4：通气结束后，对量子点薄膜进行加热退火处理，处理时间为10min-60min；S5：加热处理后，在量子点薄膜两端，蒸镀金属电极，获得底栅控制的量子点FET光电探测器件。本专利技术进一步设置为：在步骤S3中，所述混合气体中氯气的气体体积占比为8％，通气时间为30min；在步骤S4中，处理时间为30min。本专利技术进一步设置为：所述量子点合成的具体步骤为：S6：将10mmolSe、S或Te粉溶于10mLTOP获得相应的1mmol/mLTOP-Se、TOP-S或TOP-Te溶液；S7：将4mmol氧化铅、6mmol表面配体和10mL非配体溶剂加入到三颈瓶中；通入保护气体氩气或氮气，并升温至80-140℃，利用管道去除多余的水汽与氧气，10min-30min后停止；然后将温度升至150-200℃，并打开磁力搅拌，使得氧化铅粉末充分溶解于表面配体与非配体溶剂的溶液中形成相应的铅前驱体；S8：当S7中溶液变为完全透明澄清后，快速注入4mLTOP-Se、TOP-S或TOP-Te前驱体，反应溶液在30s-120s内开始变黑；然后根据量子点的尺寸需求将温度提升至200-220℃，2min-30min后获得相应的量子点；S9：反应结束时撤去加热套，通过冰水浴快速降低温度，使得反应立即停止；取出量子点，用甲苯/丙酮/甲醇溶液离心清洗溶液中未反应完的前驱体，在多次离心后把量子点溶于非极性溶剂。本专利技术进一步设置为：所述量子点的合成过程在隔绝水氧的手套箱内完成。本专利技术进一步设置为：所述表面配体为油酸、链长C4-C20饱和脂肪酸、被C6-C22烷基取代的膦、被C6-C22烷基取代的膦氧化物、C6-C22伯胺、C6-C22仲胺、C6-C40叔胺中的任意一种。本专利技术进一步设置为：所述非配体溶剂为C6-C40脂族烃、C6-C30芳族烃、含氮杂环化合物、C12-C22芳族醚中的任意一种。综上所述，本专利技术具有以下有益效果：通过氯气的气氛处理，在器件制备过程当中，量子点湿法成膜的阶段，通过工艺手段原位把羧酸配体替换为短链氯离子配体，同时填补由于合成过程中的悬挂键，可以有效提升量子点膜的载流子输运性能，最终提升近红外光电探测器件探测效率的效果。附图说明图1是本专利技术实施例1-3中的流程图；图2是本专利技术实施例4-6中的流程图；图3是本专利技术实施例4-6中量子点FET光传感器件的示意图；图4是本专利技术实施例4-6中经氯气处理的量子点FET光传感器件示意图。具体实施方式以下结合附图1-4对本专利技术作进一步详细说明。实施例1：一种热注入获得IV-VI族PbSe半导体量子点的合成方法，如图1所示，合成过程在隔绝水氧的手套箱内完成，包括以下步骤：(1)将10mmolSe粉溶于10mLTOP获得相应的1mmol/mLTOP-Se溶液。(2)将4mmol氧化铅、6mmol油酸和10mL十八烯加入到三颈瓶中。通入保护气体氮气，并升温至80℃，利用管道去除多余的水汽与氧气，10min后停止。然后将温度升至150℃，并打开磁力搅拌，使得氧化铅粉末充分溶解于油酸与十八烯的溶液中形成油酸铅前驱体。其中，油酸还可替换为其他表面配体，如：链长C4-C20饱和脂肪酸；被C6-C22烷基取代的膦，例如三辛基膦；被C6-C22烷基取代的膦氧化物，例如三辛基膦氧化物；C6-C22伯胺，例如十六胺；C6-C22仲胺，例如二辛基胺；C6-C40叔胺，例如三辛基胺。十八烯还可替换为其他非配体溶剂，如：C6-C40脂族烃，例如十六烷、十八烷或角鲨烷；C6-C30芳族烃，例如苯基十二烷、苯基十四烷或苯基十六烷；含氮杂环化合物，例如吡啶；C12-C22芳族醚，例如苯基醚、苄基醚或其组合。(3)当(2)中溶液变为完全透明澄清后，快速注入4mLTOP-Se前驱体，反应溶液在30s内开始变黑。然后根据量子点的尺寸需求将温度提升至200℃，2min后获得相应的量子点。(4)反应结束时撤去加热套，通过冰水浴快速降低温度，使得反应立即停止。取出量子点，用甲苯/丙酮/甲醇溶液离心清洗溶液中未反应完的前驱体，在多次离心后把量子点溶于非极性溶剂。实施例2：一种热注入获得IV-VI族PbS半导体量子点的合成方法，如图1所示，合成过程在隔绝水氧的手套箱内完成，包括以下步骤：(1)将10mmolS粉溶于10mLTOP获得相应的1mmol/mLTOP-S溶液。(2)将4mmol氧化铅、6mmol油酸和10mL十八烯加入到三颈瓶中。通入保护气体氩气，并升温至100℃，利用管道去除多余的水汽与氧气，20min后停止。然后将温度升至175℃，并打开磁力搅拌，使得氧化铅粉末充分溶解于油酸与十八烯的溶液中形成油酸铅前驱体。其中，油酸还可替换为其他表面配体，如：链长C本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种近红外光电探测器件制造方法，其特征是：包括以下步骤：/nS1：选取重掺硅作为基底以及含有氧化硅绝缘层的基片作为衬底，氧化硅绝缘层的厚度小于300nm；/nS2：通过溶液旋涂或打印方法，在衬底基片沉积量子点薄膜，量子点薄膜厚度范围为10-50nm；/nS3：成膜后，通入氯气和氩气的混合气体，混合气体中氯气的气体体积占比为5％-15％，通气时间为2min-240min；/nS4：通气结束后，对量子点薄膜进行加热退火处理，处理时间为10min-60min；/nS5：加热处理后，在量子点薄膜两端，蒸镀金属电极，获得底栅控制的量子点FET光电探测器件。/n

【技术特征摘要】
1.一种近红外光电探测器件制造方法，其特征是：包括以下步骤：
S1：选取重掺硅作为基底以及含有氧化硅绝缘层的基片作为衬底，氧化硅绝缘层的厚度小于300nm；
S2：通过溶液旋涂或打印方法，在衬底基片沉积量子点薄膜，量子点薄膜厚度范围为10-50nm；
S3：成膜后，通入氯气和氩气的混合气体，混合气体中氯气的气体体积占比为5％-15％，通气时间为2min-240min；
S4：通气结束后，对量子点薄膜进行加热退火处理，处理时间为10min-60min；
S5：加热处理后，在量子点薄膜两端，蒸镀金属电极，获得底栅控制的量子点FET光电探测器件。


2.根据权利要求1所述的一种近红外光电探测器件制造方法，其特征是：在步骤S3中，所述混合气体中氯气的气体体积占比为8％，通气时间为30min；在步骤S4中，处理时间为30min。


3.根据权利要求1所述的一种近红外光电探测器件制造方法，其特征是：所述量子点合成的具体步骤为：
S6：将10mmolSe、S或Te粉溶于10mLTOP获得相应的1mmol/mLTOP-Se、TOP-S或TOP-Te溶液；
S7：将4mmol氧化铅、6mmol表面配体和10mL非配体溶剂加入到三颈瓶中；通入保护气体氩气或氮气，并升温至80-140℃，利用管道去除多余的水汽与氧气，10min-30min后停止；然后将温度升至...

【专利技术属性】
技术研发人员：黎瑞锋，吕莹，
申请(专利权)人：岭南师范学院，黎瑞锋，
类型：发明
国别省市：广东;44