高响应PbSe/C60异质结光敏薄膜红外探测芯片及其制备方法、红外探测器技术

本发明专利技术公开了一种高响应PbSe/C60异质结光敏薄膜红外探测芯片及其制备方法、红外探测器，该芯片的制备包括以下步骤：在芯片衬底上制备缓冲层、C

【技术实现步骤摘要】
高响应PbSe/C60异质结光敏薄膜红外探测芯片及其制备方法、红外探测器
本专利技术属于红外探测器制备
，涉及一种高响应PbSe/C60异质结光敏薄膜红外探测芯片及其制备方法、红外探测器。
技术介绍
红外探测器是一种将红外辐射转换为电子信号的光电器件，其中光电反应只在光敏元件上进行，而后续的信号处理步骤则只涉及到电子学技术，因此红外探测芯片是红外探测器的核心元件。与热释电探测器、热电堆探测器相比，光电子探测器具有响应速度快、响应度高、灵敏度高等优势。市场对中红外(IR)波长范围内的非制冷光伏(PV)探测器有很强的需求，相对于制冷探测器来说，非制冷光伏探测器没有冷却系统，便宜，而且体积小得多。俄歇复合是目前半导体中红外探测器在高温下的主要损耗通道，是目前半导体中红外探测器发展的关键障碍。然而，在铅盐光伏探测器方面，这种低俄歇复合的优点还没有得到充分的探索，部分原因是由于缺乏低暗电流的良好结合。因此，寻找合适的半导体材料与Pb-盐形成良好的异质结是器件的关键。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种工艺简单、操作方便、成本低廉的高响应PbSe/C60异质结光敏薄膜红外探测芯片的制备方法以及由此制得的小尺寸、大阵列大规模、快速响应、高响应度、高灵敏度的高响应PbSe/C60异质结光敏薄膜红外探测芯片，以及包括该高响应PbSe/C60异质结光敏薄膜红外探测芯片的红外探测器。为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：一种高响应PbSe/C60异质结光敏薄膜红外探测芯片的制备方法，包括以下步骤：S1、在芯片衬底上制备缓冲层；S2、采用蒸镀工艺在步骤S1中制得的缓冲层上制备C60薄膜；S3、采用离子束溅射工艺在步骤S2中制得的C60薄膜上制备PbSe薄膜；S4、对步骤S3中制得的PbSe薄膜进行敏化处理；S5、步骤S4的敏化处理完成后，在PbSe薄膜和C60薄膜上制备电极，得到高响应PbSe/C60异质结光敏薄膜红外探测芯片。上述的制备方法，进一步改进的，所述步骤S3中，所述PbSe薄膜的制备过程中离子束溅射工艺的参数为：溅射电压为200V～400V，溅射电流为25A～40A；所述PbSe薄膜的成膜速率为2nm/min～4nm/min。上述的制备方法，进一步改进的，所述步骤S3中，所述PbSe薄膜的厚度为500nm～2μm。上述的制备方法，进一步改进的，所述步骤S3中，所述PbSe薄膜的制备过程中还包括对PbSe薄膜进行掺杂处理；所述掺杂处理过程中掺杂的元素为Te、Cd、In、Sr中的至少一种。上述的制备方法，进一步改进的，所述步骤S1中，所述芯片衬底为玻璃或硅片；所述缓冲层为CaF2、BaF2、Si3N4中的至少一种；所述缓冲层的厚度为5nm～20nm。上述的制备方法，进一步改进的，所述步骤S2中，所述C60薄膜的制备过程中蒸镀工艺的工艺参数为：温度为550℃～700℃，真空度在10-4Pa以上；所述C60薄膜的成膜速率为3A/s～5A/s；所述C60薄膜的厚度为40nm～200nm。上述的制备方法，进一步改进的，所述步骤S4中，所述敏化处理为先在氧气气氛下于150℃～400℃下热处理10min～30min，然后在I2蒸汽气氛下于150℃～400℃下热处理2min～6min。作为一个总的技术构思，本专利技术还提供了一种高响应PbSe/C60异质结光敏薄膜红外探测芯片，由上述的制备方法制备得到。上述的高响应PbSe/C60异质结光敏薄膜红外探测芯片，进一步改进的，所述高响应PbSe/C60异质结光敏薄膜红外探测芯片包括芯片衬底；所述芯片衬底上设有缓冲层；所述缓冲层上设有C60薄膜；所述C60薄膜设有上PbSe薄膜和电极；所述PbSe薄膜上设有电极。作为一个总的技术构思，本专利技术还提供了一种红外探测器，包括测量探测器和参考探测器；所述测量探测器和参考探测器中均包括上述的高响应PbSe/C60异质结光敏薄膜红外探测芯片；所述红外探测器的感应面前端设有滤光片。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：(1)本专利技术提供了一种高响应PbSe/C60异质结光敏薄膜红外探测芯片的制备方法，包括以下步骤：在芯片衬底上制备缓冲层；采用蒸镀工艺在缓冲层上制备C60薄膜；采用离子束溅射工艺在C60薄膜上制备PbSe薄膜；对PbSe薄膜进行敏化处理；敏化处理后，在缓冲层和C60薄膜上制备电极，得到高响应PbSe/C60异质结光敏薄膜红外探测芯片。本专利技术中，采用离子束溅射工艺在缓冲层上制备PbSe薄膜，能够提高PbSe薄膜与基体的结合强度和结晶性能，使PbSe薄膜具有与基体的结合强度高、结晶性能好等优点，能够降低探测芯片的暗电流，提高探测芯片的红外光响应度、响应速度以及探测灵敏度；且该工艺制得的PbSe薄膜的尺寸较小，有利于实现探测芯片的小型化设计及制备，通过适当的工艺设备改进，即可实现大阵列大规模探测器的制备；同时，采用的离子束溅射工艺操作更为简单、方便，不仅能够实现非制冷的PbSe薄膜的制备，而且能够降低PbSe薄膜的制备成本，从而有利于进一步降低探测芯片的制造和使用成本。本专利技术中，对PbSe薄膜进行敏化处理，可以进一步提高光电性能。本专利技术制备方法具有工艺简单、操作方便、成本低廉等优点，制得的高响应PbSe/C60异质结光敏薄膜红外探测芯片具有小尺寸、大阵列大规模、快速响应、高响应度、高灵敏度等优点，对于扩大红外探测器的应用范围具有十分重要的意义。(2)本专利技术制备方法中，优化了C60薄膜的制备工艺，采用蒸镀工艺制备C60薄膜，且优化了蒸镀工艺的工艺参数，具体的：温度为550℃～700℃，真空度在10-4Pa以上，C60薄膜的成膜速率为3A/s～5A/s，通过控制温度为550℃～700℃调控成膜速率为3A/s～5A/s，不仅可以提高蒸镀效率，而且能够提高C60薄膜的均匀性，进一步通过控制真空度在10-4Pa以上，有利于实现温度对沉膜速率的控制，否则会以提高蒸镀温度来达到要求的速率，导致蒸镀设备的使用寿命降低。(3)本专利技术制备方法中，由于硒化铅比较脆，因而还优化了PbSe薄膜的制备过程中离子束溅射工艺的参数，通过将溅射电压优化为200V～400V，溅射电流优化为25A～40A，控制溅射的功率范围不应过高，在此溅射功率条件下有利于成膜的均匀性，且能够保证较快的成膜速度；同时在此条件下更优利于制备与基体的结合强度高、结晶性能好的PbSe薄膜，从而有利于进一步降低探测芯片的暗电流，进而进一步提高探测芯片的红外光响应度、响应速度以及探测灵敏度，这是由于PbSe是半导体化合物，过低的电压不利于起辉放电，但是由于硒化铅较脆，需要尽量采用小电压进行镀膜，同时，电压过高容易造成硒化铅在成膜过程中化合不彻底，也容易出现空洞、缝隙，这些缺陷的存在，从而使得芯片质量降低，甚至失效。(4)本专利技术制备方法中，优化了敏化处理的条件，具体为：先在氧气气氛下于150℃～400℃下热处理10mi本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高响应PbSe/C60异质结光敏薄膜红外探测芯片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、在芯片衬底上制备缓冲层；/nS2、采用蒸镀工艺在步骤S1中制得的缓冲层上制备C

【技术特征摘要】
1.一种高响应PbSe/C60异质结光敏薄膜红外探测芯片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、在芯片衬底上制备缓冲层；
S2、采用蒸镀工艺在步骤S1中制得的缓冲层上制备C60薄膜；
S3、采用离子束溅射工艺在步骤S2中制得的C60薄膜上制备PbSe薄膜；
S4、对步骤S3中制得的PbSe薄膜进行敏化处理；
S5、步骤S4的敏化处理完成后，在PbSe薄膜和C60薄膜上制备电极，得到高响应PbSe/C60异质结光敏薄膜红外探测芯片。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述PbSe薄膜的制备过程中离子束溅射工艺的参数为：溅射电压为200V～400V，溅射电流为25A～40A；所述PbSe薄膜的成膜速率为2nm/min～4nm/min。


3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述PbSe薄膜的厚度为500nm～2μm。


4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述PbSe薄膜的制备过程中还包括对PbSe薄膜进行掺杂处理；所述掺杂处理过程中掺杂的元素为Te、Cd、In、Sr中的至少一种。


5.根据权利要求1～4中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述芯片衬底为玻璃或硅片；所述缓冲层为CaF2、BaF2、Si3N4中的至少一种；所述缓冲层的厚度为5nm～20...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁玎，何峰，龚星，汪已琳，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第四十八研究所，
类型：发明
国别省市：湖南;43