基于p-GeTe/n-Si光伏型红外探测器及其制备方法技术

基于p‑GeTe/n‑Si光伏型红外探测器及其制备方法，属于红外探测领域，尤其是一种光伏型红外探测器。本发明专利技术由n型单晶Si基片、p型GeTe薄膜和两个电极构成；其中p型GeTe薄膜设置在单晶Si基片之上；两个电极其中一个设置在Si基片表面，另一个设置在GeTe薄膜表面。制备过程包括基片清洗、GeTe薄膜溅射、电极蒸镀、退火步骤。本发明专利技术具有工艺简单，易于集成，成本低，响应快，探测率高等优点，且可以在室温下工作，在红外探测领域具有重要的应用前景。

Photovoltaic infrared detector based on p-gete / n-Si and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
基于p-GeTe/n-Si光伏型红外探测器及其制备方法
本专利技术属于红外探测领域，尤其是一种光伏型红外光电探测器。
技术介绍
红外探测在军事、电力、工业、夜视、生物、监测等领域有极为广泛的应用。光伏型红外探测器由于响应时间短，在对响应时间要求高的场合有着不可替代的作用。目前，商业化的红外探测器主要有碲镉汞探测器、碲化铟探测器、非晶硅探测器和氧化钒探测器等。其中，非晶硅探测器和氧化钒探测器在常温下工作，但探测效果不够理想。碲镉汞探测器、碲化铟探测器因探测率较高常用作军事领域，但使用过程中需要制冷，且由于探测器光敏材料与其后端读出电路晶格不匹配，难以有效集成。导致探测器集成度低，生产成本过高，难以展开大面积的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种便于集成,低成本,可室温下使用的高探测率的光伏型红外探测器。本专利技术基于p-GeTe/n-Si光伏型红外探测器，其特征在于所述探测器由n型单晶Si基片、p型GeTe薄膜和两个电极构成；其中：p型GeTe薄膜设置在单晶Si基片之上；两个电极其中一个设置在Si基片表面，另一个设置在GeTe薄膜表面。所述的p型GeTe薄膜厚度为20-60nm。所述的电极为Al、Au或ITO，厚度为50-150nm。所述的基于p-GeTe/n-Si光伏型红外探测器，其制备步骤如下：S1，基片清洗：先将n型单晶Si基片浸泡于由离子水、双氧水、氨水按照2～3:1:1的体积比混合的溶液中，在70～85℃下，清洗30～90min，然后将基片冲洗干净，吹干；S2，GeTe薄膜溅射：将基片放在磁控溅射仪中，10-5Pa真空环境下，充Ar气，使腔体气压保持在3～5Pa，使用GeTe靶材溅射60-200s，使得厚度达到20-60nm；S3，电极蒸镀或退火；电极蒸镀是将经S2处理的器件放入真空蒸镀室中，真空度小于10-5Pa后，在GeTe和Si表面分别蒸镀电极30-90s，使得电极厚度达到50-150nm；退火是将经S3处理的器件取出，在260-400℃范围退火10-20min。S4，根据S3步骤选择是退火或电极蒸镀，不与步骤S3相同。本专利技术具有工艺简单，成本低，探测率高，与目前常规探测器的探测率对比如表1所示等优点，且可以在室温下工作，在红外探测领域具有一定的应用前景。同时，GeTe作为相变材料，已成为下一代存储和计算的关键材料。本专利技术所述探测器的优势在于利用GeTe/Si的异质结作为光敏层，利于将来探测器材料与读出电路的整合，便于探测器的小型化和集成化，降低探测器的成本。表.1常见商用探测器的探测率对比探测所用材料使用环境探测率(D*)备注p-GeTe/n-Si室温1011Jones本专利碲镉汞77K1010～1013Jones根据使用波段有所不同碲化铟77K1012Jones非晶硅室温1010Jones氧化钒室温108Jones。附图说明图1为本专利技术实施例1所述探测器结构示意图。图2为本专利技术实施例2和实施例3所述探测器结构示意图。图3为GeTe薄膜为实施例2退火前后XRD图；图中可以明显看出退火后GeTe薄膜有明显的衍射峰从非晶态变为晶态。图4为GeTe薄膜为实施例1退火前后的紫外-可见-红外吸收光谱图；图中可以明显看出退火后薄膜对红外光谱的吸收增强，有利于器件吸收红外信号。图5为实施例1所述探测器无光照和红外光照射条件下的I-V曲线图；图中可以明显看出器件在红外光照射下有0.1V的光生电压。图6为实施例1探测器的探测率图；明显看出器件探测率大约为1011Jones。其中，Si基片1，GeTe薄膜2，电极3。具体实施方式实施例1：基于p-GeTe/n-Si光伏型红外探测器，从下往上分别是Si基片1、GeTe薄膜2和电极3。所述电极3为两个，其中一个在Si基片1表面上，另一个在GeTe薄膜2上表面。如图1所示。其中，α相GeTe薄膜2光敏层厚度为40nm；电极3为Al电极，厚度50nm。所述的探测器，具体制备步骤如下：S1，基片清洗:先将n型单晶Si基片浸泡于由离子水、双氧水、氨水按照2:1:1的体积配比混合的溶液中，在80℃下，清洗30min；随后，用去离子水冲洗干净，再用压缩空气吹干，以彻底清除基片表面吸附的杂质。S2，GeTe薄膜溅射：将基片放在磁控溅射仪中，先抽真空到10-5Pa，随后充Ar气，使腔体气压保持在5Pa范围后，使用GeTe靶材溅射140s，厚度达到40nm。S3，电极蒸镀：将溅射好GeTe的器件放入真空蒸镀室中，真空度小于10-5Pa后，在GeTe和Si表面同时蒸镀Al电极30s，厚度达50nm。S4，退火：将蒸镀了Al电极的器件取出，并在300℃范围退火15min。实施例2：基于p-GeTe/n-Si光伏型红外探测器，从下往上分别是ITO电极3、Si基片1、GeTe薄膜2和Al电极3。如图2所示。所述的n型Si为基片1一面带有ITO薄膜，即Si基片1与ITO电极3为一体。所述的GeTe薄膜2厚度20nm；电极3为Al电极，厚度100nm。所述的探测器，具体制备步骤如下：S1，基片清洗：先将带有ITO薄膜的n型Si基片浸泡于由离子水、双氧水、氨水按照2:1:1的体积配比混合的溶液中，在70℃下，清洗50min；随后，用去离子水冲洗干净，再用压缩空气吹干，以彻底清除基片表面吸附的杂质。S2，GeTe薄膜溅射：将带有ITO薄膜的n型Si基片放在磁控溅射仪中，Si面朝上，ITO面向下，先抽真空到10-5Pa，随后充Ar气，使腔体气压保持在5Pa范围后，使用GeTe靶材溅射90s，使厚度达到20nm。S3，退火：将溅射好GeTe薄膜的基片取出，并在360℃范围退火10min。S4，电极蒸镀：将退火后的器件放入真空蒸镀室中，当真空度小于10-5Pa后，在GeTe薄膜表面蒸镀Al电极60s，使厚度达到100nm。实施例3：基于p-GeTe/n-Si光伏型红外探测器，从下往上分别是Au电极3，n型单晶Si基片1、GeTe薄膜2和Al电极3。如图2所示。所述的Au电极3厚度100nm；GeTe薄膜2厚度为50nm；Al电极3厚度150nm。所述的探测器，具体制备步骤如下：S1，基片清洗:先将n型单晶Si基片浸泡于由离子水、双氧水、氨水按照2:1:1的体积配比混合的溶液中，在85℃下，清洗40min。随后，用去离子水冲洗干净，再用压缩空气本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于p-GeTe/n-Si光伏型红外探测器，其特征在于所述探测器由n型单晶Si基片、p型GeTe薄膜和两个电极构成；其中：/np型GeTe薄膜设置在单晶Si基片之上；/n两个电极其中一个设置在Si基片表面，另一个设置在GeTe薄膜表面。/n

【技术特征摘要】
1.基于p-GeTe/n-Si光伏型红外探测器，其特征在于所述探测器由n型单晶Si基片、p型GeTe薄膜和两个电极构成；其中：
p型GeTe薄膜设置在单晶Si基片之上；
两个电极其中一个设置在Si基片表面，另一个设置在GeTe薄膜表面。


2.如权利要求1所述的基于p-GeTe/n-Si光伏型红外探测器，其特征在于所述的电极为Al、Au或ITO。


3.如权利要求1所述的基于p-GeTe/n-Si光伏型红外探测器，其特征在于所述的p型GeTe薄膜厚度为20-60nm；电极厚度为50-150nm。


4.如权利要求1所述的基于p-GeTe/n-Si光伏型红外探测器，其特征在于所述的红外探测器，其制备步骤如下：

【专利技术属性】
技术研发人员：唐利斌，赵逸群，杨盛谊，彭廷海，舒恂，
申请(专利权)人：昆明物理研究所，
类型：发明
国别省市：云南;53