PbSe光敏薄膜红外光电探测芯片及其制备方法、红外光电探测器技术

本发明专利技术公开了一种PbSe光敏薄膜红外光电探测芯片及其制备方法、红外光电探测器，该芯片的制备方法包括以下步骤：在芯片衬底上制备缓冲层；在缓冲层上制备PbSe薄膜；对PbSe薄膜进行敏化处理，得到PbSe光敏薄膜红外光电探测芯片。本发明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，且制得的芯片具有小尺寸、大阵列大规模、快速响应、高响应度、高灵敏度等优点，对于扩大红外光电探测器的应用范围具有十分重要的意义。本发明专利技术红外光电探测器中以上述制得的芯片为探测器的核心元件，可满足响应时间短、灵敏度高等要求，无需考虑薄膜后续封装以及信号引出的问题；同时，通过设置参考探测器，可以提高检测灵敏度和检测可靠性。

【技术实现步骤摘要】
PbSe光敏薄膜红外光电探测芯片及其制备方法、红外光电探测器
本专利技术属于红外光电探测器制备
，涉及一种PbSe光敏薄膜红外光电探测芯片及其制备方法、红外光电探测器。
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。红外探测器主要包括红外气体探测器和红外光电探测器，其中常用的气体探测器多为化学原理，存在灵敏度较差、使用寿命较短、反应时间比较长等问题；而常用的红外光电探测器存在价格较为昂贵、灵敏度较低、尺寸较大等问题。目前，红外光电探测器的芯片材料主要有Ⅲ-Ⅴ族(如GaAs、InSb等)、Ⅳ-Ⅵ族(如PbS、PbSe、PbTe等)、HgCdTe等材料体系，由Ⅳ-Ⅵ族化合物材料制成的红外探测器能在较高温度条件下保持优异的红外探测性能(峰值探测率和响应率)，极大地降低了该类探测器的制造和使用成本。另外，Ⅳ-Ⅵ族化合物薄膜红外探测器对于3-5μm波段时信噪比较高，而且诸如甲烷、二氧化碳、氨气等气体典型的吸收峰也在这个波段范围，因此Ⅳ-Ⅵ族化合物探测器作为适合于这一波段的探测器，具有广泛的应用前景。硒化铅(PbSe)薄膜具有立方结构的窄禁带半导体材料，因其能在室温条件下保持优良的红外光化敏感化和响应率，然而，现有硒化铅薄膜制备工艺中存在以下问题：操作过程复杂，制备效率低，无法制备大阵列的探测器；同时制得的PbSe的光敏性较弱，内部缺陷较多，探测率较低，容易老化，难以得到高灵敏的PbSe薄膜。另外，现有红外光电探测器的应用过程中容易受到光源功率不稳定等因素的影响，会对检测灵敏度、检测可靠性造成不利影响，从而限定了红外光电探测器的应用范围。因此，获得一种工艺简单、操作方便、成本低廉的PbSe光敏薄膜红外光电探测芯片的制备方法，对制备得到小尺寸、大阵列大规模、快速响应、高响应度、高灵敏度的红外光电探测芯片以及扩大红外光电探测器的应用范围具有十分重要的意义。
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PbSe光敏薄膜红外光电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PbSe光敏薄膜红外光电探测芯片，以及包括该PbSe光敏薄膜红外光电探测芯片的红外光电探测器。为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：一种PbSe光敏薄膜红外光电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、采用离子束溅射工艺在步骤S1中制得的缓冲层上制备PbSe薄膜；S3、对步骤S2中制得的PbSe薄膜进行敏化处理。上述的制备方法，进一步改进的，所述制备方法还包括以下步骤：在缓冲层上制备电极，得到PbSe光敏薄膜红外光电探测芯片。上述的制备方法，进一步改进的，所述电极为金电极。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S2中，所述PbSe薄膜的厚度为100nm～2μm。上述的制备方法，进一步改进的，所述步骤S2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S3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PbSe光敏薄膜红外光电探测芯片，由上述的制备方法制备得到；所述PbSe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PbSe薄膜和电极。作为一个总的技术构思，本专利技术还提供了一种红外光电探测器，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PbSe光敏薄膜红外光电探测芯片；所述外光电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PbSe光敏薄膜红外光电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；采用离子束溅射工艺在缓冲层上制备PbSe薄膜；对PbSe薄膜进行敏化处理，得到PbSe光敏薄膜红外光电探测芯片。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。本专利技术制备方法具有工艺简单、操作方便、成本低廉等优点，且制得的PbSe光敏薄膜红外光电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，对于扩大红外光电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，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。(3)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10min～30min，然后在I2蒸汽气氛下于150℃～400℃下热处理2min～6min，通过优化敏化处理的条件能够进一步提高结晶度、降低膜层缺陷，并且增加膜层的表面平整光洁度，适当增加膜层阻抗，从而进一步提高探测率，这是因为由离子溅射工艺制得的PbSe薄膜存在很多缺陷，如Pb空位和Se间隙原子，这些缺陷可在高温热处理中通过重结晶过程消除，然而热处理过程中的气氛本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种PbSe光敏薄膜红外光电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、采用离子束溅射工艺在步骤S1中制得的缓冲层上制备PbSe薄膜；/nS3、对步骤S2中制得的PbSe薄膜进行敏化处理。/n

【技术特征摘要】
1.一种PbSe光敏薄膜红外光电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、采用离子束溅射工艺在步骤S1中制得的缓冲层上制备PbSe薄膜；
S3、对步骤S2中制得的PbSe薄膜进行敏化处理。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括以下步骤：在缓冲层上制备电极，得到PbSe光敏薄膜红外光电探测芯片。


3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述电极为金电极。


4.根据权利要求1～3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～20nm。


5.根据权利要求1～3中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2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。


6.根据权利要求5所述的制备方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁玎，何峰，张浩，王栋，
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