光伏型碲镉汞红外探测器及其制备方法技术

本发明专利技术涉及红外探测技术领域，具体公开了一种光伏型碲镉汞红外探测器及其制备方法，包括：衬底；第一吸收层，形成在所述衬底上；第二吸收层，形成在所述第一吸收层上；光电增益功能层，形成在所述第二吸收层上；钝化层；上电极，覆盖所述上电极窗口；下电极，覆盖所述下电极窗口。本发明专利技术器件含有光电增益功能层，通过界面陷阱俘获光生电子，产生库伦场，诱导界面能带弯曲，增强了空穴从外电路的隧穿注入(即界面陷阱诱导的量子隧穿)，从而大大提高单位时间内流经器件的电子数，使得器件的光电转换效率(EQE)大于100％，提高了光伏型碲镉汞红外探测器的器件灵敏度。

【技术实现步骤摘要】
光伏型碲镉汞红外探测器及其制备方法
本专利技术涉及红外探测
，具体公开了一种光伏型碲镉汞红外探测器及其制备方法。
技术介绍
红外探测是公认的至关重要的传感器技术。红外探测器(InfraredDetector)是将入射的红外辐射能量转变成电信号输出的器件，其在军事、工业生产、商业市场等领域拥有广泛应用，特别是在预警、国防安全方面发挥着不可替代的作用。在红外光谱应用方面，窄禁带半导体材料碲镉汞(HgCdTe)是发展良好的成熟的材料体系，成为最优选的红外探测器材料之一。在上个世纪中期，光导型碲镉汞红外探测器得到了巨大的关注和发展，延至目前各国在空间遥感长波红外波段仍然采用光导型碲镉汞红外探测器。与此同时，碲镉汞器件的研究逐步转向光伏型探测器和焦平面探测器。目前，基于碲镉汞的光伏型红外探测器的光电转换效率(ExternalQuantumEfficiency，EQE)通常小于100％，这不利用进一步提升红外探测器的灵敏度。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是提供一种光伏型碲镉汞红外探测器及其制备方法，旨在解决上述至少一个技术问题。为实现上述目的，本专利技术提出了一种光伏型碲镉汞红外探测器，包括：衬底；第一吸收层，形成在所述衬底上；第二吸收层，形成在所述第一吸收层上；光电增益功能层，形成在所述第二吸收层上；钝化层，覆盖所述第一吸收层的部分台面、所述第二吸收层的侧面以及所述光电增益功能层的侧面，并覆盖所述光电增益功能层上表面的相对两侧，覆盖所述光电增益功能层上表面的钝化层中间形成有上电极窗口；覆盖所述第一吸收层的部分台面的钝化层两侧的台面上分别开设有下电极窗口；上电极，覆盖所述上电极窗口；下电极，覆盖所述下电极窗口。另外，本专利技术提出了一种光伏型碲镉汞红外探测器的制备方法，包括以下步骤：制备衬底；在衬底上形成第一吸收层；在第一吸收层形成第二吸收层，任选去除表面杂质；在第二吸收层形成光电增益功能层；通过光刻形成焦平面台面图形；清洗后，转入沉积腔室形成钝化层，退火处理；采用湿法腐蚀工艺在所述钝化层上形成上电极窗口、下电极窗口；分别沉积覆盖所述上电极窗口、下电极窗口的金属，以形成上电极与下电极。另外，本专利技术的上述光伏型碲镉汞红外探测器还可以具有如下附加的技术特征。根据本专利技术的一个实施例，所述第一吸收层为n型，所述第二吸收层为p型，所述光电增益功能层包括电子给体材料以及电子受体材料，且两者的质量比为100:(1～10)；或所述第一吸收层为p型，所述第二吸收层为n型，所述光电增益功能层包括电子给体材料以及电子受体材料，且两者的质量比为(1～10):100。根据本专利技术的一个实施例，所述电子给体材料选自聚(3-己基噻吩)、PBDB-T以及联二噻吩聚合物中的至少一种，所述电子受体材料选自富勒烯衍生物与非富勒烯受体中的至少一种。根据本专利技术的一个实施例，所述光电增益功能层的材质选自钙钛矿，所述钝化层的厚度为200nm。根据本专利技术的一个实施例，所述衬底的材质为CdZnTe，制备衬底的方法包括：将Cd、Zn和Te按化学计量比配料，并根据石英管的空腔体积补充Cd，真空烧封后，加热合成为CdZnTe化合物，使用垂直布里奇曼长晶炉生长CdZnTe晶体。根据本专利技术的一个实施例，形成第一吸收层的方法包括：采用富碲水平液相外延技术制备吸收层材料，并通过In掺杂将吸收层的导电类型改为n型。根据本专利技术的一个实施例，形成第二吸收层的方法包括：在第一吸收层之上，基于富汞垂直液相外延工艺，通过As原位掺杂生长p型帽层，从而形成p-on-n双层异质结材料。根据本专利技术的一个实施例，清洗的步骤包括：采用去离子水和溴－甲醇溶液处理p-on-n双层异质结材料。根据本专利技术的一个实施例，形成光电增益功能层的方法包括：将电子给体材料和电子受体材料溶于邻氯二苯溶剂中，制备成混合溶液，将所述混合溶液均匀形成在所述第二吸收层上，再加热使邻氯二苯迅速挥发。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术的器件含有光电增益功能层，通过界面陷阱俘获光生电子，产生库伦场，诱导界面能带弯曲，增强了空穴从外电路的隧穿注入(即界面陷阱诱导的量子隧穿)，从而大大提高单位时间内流经器件的电子数，使得器件的光电转换效率(EQE)大于100％，进一步提高光伏型碲镉汞红外探测器的器件灵敏度。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。图1为现有技术中碲镉汞红外探测器的结构示意图；图2为本申请一个实施例中碲镉汞红外探测器的结构示意图；图3为由Hasen经验公式得到的截止波长与Hg1-xCdxTe组分中x的关系图。本专利技术目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。具体实施方式以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。在附图中示出了根据本公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。在本公开的上下文中，当将一层/元件称作位于另一层/元件“上”时，该层/元件可以直接位于该另一层/元件上，或者它们之间可以存在居中层/元件。另外，如果在一种朝向中一层/元件位于另一层/元件“上”，那么当调转朝向时，该层/元件可以位于该另一层/元件“下”。近年来，HgCdTe红外探测器得到了快速发展。出现了离子注入的n-on-p或p-on-n的平面结器件，原位生长的n-on-p或p-on-n的台面异质结器件，环孔工艺得到的n-on-p型器件，现有的p-on-n双层异质结台面结构如图1所示。具体包括衬底10、形成在所述衬底10上的第一吸收层11、形成在第一吸收层11上的第二吸收层12、钝化层13、上电极14以及下电极15。需要说明的是，如图2所示，本专利技术实施例主要以p-on-n双层异质结台面结构的光伏型碲镉汞红外探测器为例进行说明，接下来，本专利技术实施例对上述器件的制备方法进行说明，具体包括以下步骤：①.CdZnTe衬底10：采用垂直布里奇曼方法生长CdZnTe衬底：将纯度为7N的Cd、Zn和Te按化学计量比配料，并根据石英管的空腔体积补充一定量的过盈Cd，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光伏型碲镉汞红外探测器，其特征在于，包括：/n衬底；/n第一吸收层，形成在所述衬底上；/n第二吸收层，形成在所述第一吸收层上；/n光电增益功能层，形成在所述第二吸收层上；/n钝化层，覆盖所述第一吸收层的部分台面、所述第二吸收层的侧面以及所述光电增益功能层的侧面，并覆盖所述光电增益功能层上表面的相对两侧，覆盖所述光电增益功能层上表面的钝化层中间形成有上电极窗口，覆盖所述第一吸收层的部分台面的钝化层两侧的台面上分别开设有下电极窗口；/n上电极，覆盖所述上电极窗口；/n下电极，覆盖所述下电极窗口。/n

【技术特征摘要】
1.一种光伏型碲镉汞红外探测器，其特征在于，包括：
衬底；
第一吸收层，形成在所述衬底上；
第二吸收层，形成在所述第一吸收层上；
光电增益功能层，形成在所述第二吸收层上；
钝化层，覆盖所述第一吸收层的部分台面、所述第二吸收层的侧面以及所述光电增益功能层的侧面，并覆盖所述光电增益功能层上表面的相对两侧，覆盖所述光电增益功能层上表面的钝化层中间形成有上电极窗口，覆盖所述第一吸收层的部分台面的钝化层两侧的台面上分别开设有下电极窗口；
上电极，覆盖所述上电极窗口；
下电极，覆盖所述下电极窗口。


2.如权利要求1所述的光伏型碲镉汞红外探测器，其特征在于，所述第一吸收层为n型，所述第二吸收层为p型，所述光电增益功能层包括电子给体材料以及电子受体材料，且两者的质量比为100∶(1～10)；或
所述第一吸收层为p型，所述第二吸收层为n型，所述光电增益功能层包括电子给体材料以及电子受体材料，且两者的质量比为(1～10)∶100。


3.如权利要求2所述的光伏型碲镉汞红外探测器，其特征在于，所述电子给体材料选自聚(3-己基噻吩)、PBDB-T以及联二噻吩聚合物中的至少一种，所述电子受体材料选自富勒烯衍生物与非富勒烯受体中的至少一种。


4.如权利要求1所述的光伏型碲镉汞红外探测器，其特征在于，所述光电增益功能层的材质选自钙钛矿，所述钝化层的厚度为150-200nm。


5.权利要求1-4任一项所述的光伏型碲镉汞红外探测器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
制备衬底；
在衬底上形成第一吸收层；
在第一吸收层形成...

【专利技术属性】
技术研发人员：苗建利，张芳沛，张国亮，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司信息科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11