阵列互联的CsPbCl3紫外光电探测器及其制备方法技术

本发明专利技术属于微纳制造与光电子器件领域，并具体公开了一种阵列互联的CsPbCl3紫外光电探测器及其制备方法，包括步骤：S1在衬底上制备十字交叉型电极阵列；S2采用光刻套刻工艺进行CsCl前驱体掩膜版图形转移，采用薄膜沉积工艺在衬底上沉积得到CsCl前驱体图案，该CsCl前驱体图案位于十字交叉型电极阵列中并与其连接；S3采用薄膜沉积工艺在CsCl前驱体图案上沉积前驱体PbCl2层，退火使CsPbCl3钙钛矿扩散结晶，得到图案化CsPbCl3钙钛矿薄膜。本发明专利技术克服了传统溶液法与光刻工艺不兼容的问题，可降低像元尺寸、提高像元密度，并降低电极面积占比，提升成像器件阵列密度，实现探测器小型化、集成化。成化。成化。

【技术实现步骤摘要】
阵列互联的CsPbCl3紫外光电探测器及其制备方法


[0001]本专利技术属于微纳制造与光电子器件领域，更具体地，涉及一种阵列互联的CsPbCl3紫外光电探测器及其制备方法。

技术介绍

[0002]图像传感器的探测波段从紫外光、可见光到红外光，是传感技术器件中一个重要的分支，是计算机多媒体不可缺少的外设，是互联网与智能控制中的核心器件。其中，紫外光电探测器及紫外图像传感器因其在导弹逼近告警、紫外成像制导等军事领域以及电晕监测、火灾探测等民用领域极大的应用价值，成为了当前世界各国研究开发的热点。但现今的紫外光电探测器存在器件体积大、功耗高、波段选择性差、响应率低等问题。如真空紫外探测器工作需要紫外滤光片，而固态紫外探测器工作需要制冷装置，为此研发基于新型宽禁带光电材料的紫外光电探测器得到了广泛的关注。
[0003]近年来，以CsPbCl3为代表的钙钛矿材料，凭借其合适的光子禁带、优异光电特性逐渐在紫外光电探测及紫外图像传感领域得到了关注与应用。基于宽禁带钙钛矿薄膜的紫外光电探测器已经出现了大量的报道，并表现出了良好的性能，具有广阔的应用前景。然而，目前基于图案化宽禁带钙钛矿薄膜的紫外图像传感阵列器件罕见报道。鲜有的部分研究所制备的器件要么集中在薄膜本身的制备，要么光敏层薄膜未进行图案化，产生严重的光学串扰问题，且电极阵列未实现互联、像素密度普遍偏低，难以真正实现紫外成像功能。
[0004]造成这一现象的主要原因在于宽禁带钙钛矿薄膜如CsPbCl3薄膜前驱体CsCl在通用溶剂中溶解度过低限制了高质量薄膜的溶液法制备；钙钛矿薄膜易溶于丙酮等溶剂，势必造成钙钛矿薄膜制备工艺无法与当前微电子工艺兼容；薄膜制备及其图案化成为了小型化、集成化阵列互联型CsPbCl3基钙钛矿紫外光电探测器制备的双重难题。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种阵列互联的CsPbCl3紫外光电探测器及其制备方法，其目的在于，制备小型化、集成化的阵列互联型CsPbCl3基钙钛矿紫外光电探测器，并实现良好的紫外成像功能。
[0006]为实现上述目的，按照本专利技术的一方面，提出了一种阵列互联的CsPbCl3紫外光电探测器制备方法，包括如下步骤：
[0007]S1、在衬底上制备十字交叉型电极阵列；
[0008]S2、采用光刻套刻工艺进行CsCl前驱体掩膜版图形转移，根据该CsCl前驱体掩膜版图形，采用薄膜沉积工艺在衬底上沉积得到CsCl前驱体图案，该CsCl前驱体图案位于十字交叉型电极阵列中，并与其连接；
[0009]S3、采用薄膜沉积工艺在CsCl前驱体图案上沉积前驱体PbCl2层，然后退火使CsPbCl3钙钛矿扩散结晶，得到图案化CsPbCl3钙钛矿薄膜，完成阵列互联的CsPbCl3紫外光电探测器的制备。
[0010]作为进一步优选的，步骤S1在衬底上制备十字交叉型电极阵列，具体包括如下步骤：采用光刻套刻工艺进行金属电极阵列与介电层掩膜版图形的转移，根据金属电极阵列与介电层掩膜版图形，采用镀膜工艺依次在衬底上沉积横向金属电极、介电薄膜、纵向金属电极，其中，横向金属电极与纵向金属电极垂直交叉分布，介电薄膜位于横向金属电极与纵向金属电极交叉处。
[0011]作为进一步优选的，所述金属电极阵列为m行n列，其中m与n均为介于25～500之间的整数，所述金属电极阵列中，相匹配的1对横向电极与纵向电极单元间的间距介于3μm～5μm之间，
[0012]作为进一步优选的，所述横向金属电极和纵向金属电极厚度均为30nm～50nm。
[0013]作为进一步优选的，所述介电薄膜的材料为Al2O3、SiO2、HfO2或Si3N4，其厚度为10nm～30nm。
[0014]作为进一步优选的，制备十字交叉型电极阵列后，对其进行重结晶退火，重结晶退火温度为电极金属材料熔点的0.4～0.7倍。
[0015]作为进一步优选的，电极材料采用金，退火温度为200℃～320℃，时间为15min～30min，升温速率为10℃/min～15℃/min。
[0016]作为进一步优选的，所述CsCl前驱体图案和所述前驱体PbCl2层的厚度均为100nm～200nm，所述前驱体PbCl2层与CsCl前驱体图案层的厚度比为165：200。
[0017]作为进一步优选的，所述薄膜沉积工艺为双源共蒸镀或单源连续蒸镀。
[0018]按照本专利技术的另一方面，提供了一种阵列互联的CsPbCl3紫外光电探测器，其采用上述制备方法制备得到。
[0019]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：
[0020]1.本专利技术通过结合光刻套刻、钙钛矿薄膜沉积工艺呈现图案化阵列分布，并覆盖于十字交叉型金属电极阵列表面，通过与图案化阵列分布的钙钛矿部分交叉重叠实现电学连接，最终该探测器借助钙钛矿光敏层在紫外波段优异的选择性与独特的金属电极互联结构。具体来说，通过改进两步法工艺制备的CsPbCl3钙钛矿薄膜，结合光刻套刻工艺、镀膜工艺与剥离工艺，制备得到CsPbCl3紫外探测器阵列，实现了阵列互联CsPbCl3紫外探测器的有效制备，并且将钙钛矿气相辅助制备工艺与光刻工艺相结合，使得器件像元尺寸降低、像元密度提高，且光敏薄膜图案化解决了光学串扰问题，同时该方法克服了传统溶液法制备工艺复杂、大面积制备困难、与传统光刻工艺不兼容的问题。此外，本专利技术通过设计制备十字交叉型金属电极阵列结构，降低了电极面积占比，提升成像器件的阵列密度，缩减了外部电极引脚数，提升了器件的集成度与数据传输效率，并实现探测器的小型化、集成化。
[0021]2.本专利技术中CsPbCl3钙钛矿薄膜阵列采用改进两步法工艺制备，即先通过光刻套刻工艺结合钙钛矿薄膜制备工艺，在横向电极阵列与纵向金属电极阵列的电极单元间隙中沉积得到CsCl前驱体图案，再通过电阻式热蒸发等气相沉积工艺全表面沉积覆盖前驱体PbCl2层，两前驱体层具有一定的厚度比例关系使得最终形成的薄膜中摩尔比满足化学计量比，并退火使CsPbCl3钙钛矿扩散结晶，得到CsPbCl3钙钛矿薄膜阵列。通过本专利技术中改进两步法钙钛矿薄膜制备工艺，解决了CsPbCl3钙钛矿薄膜溶液法制备工艺复杂，工艺重复性差，大面积薄膜阵列制备困难等问题。
[0022]3.本专利技术十字交叉型阵列互联金属电极阵列通过光刻套刻、镀膜、剥离工艺制备，其形状分布可以由光刻工艺预先限定，横向金属电极与纵向金属电极垂直交叉分布，同时在横向金属电极与纵向金属电极交叉处设置介电薄膜绝缘隔断，避免电极相互影响，通过本专利技术中设计的电极结构，可使得电极面积缩减，阵列密度提升，能够实现探测器的小型化、集成化，并实现紫外探测的高分辨成像。
[0023]4.本专利技术中横向电极与纵向电极单元间的间距介于3～5μm之间，该间距过小会导致电极制备时去胶困难，致使电极之间短路；同时，由于与其余材料相比，CsPbCl3钙钛矿材料载流子传输距离小于100nm，故电极传输间距过大，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种阵列互联的CsPbCl3紫外光电探测器制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、在衬底上制备十字交叉型电极阵列；S2、采用光刻套刻工艺进行CsCl前驱体掩膜版图形转移，根据该CsCl前驱体掩膜版图形，采用薄膜沉积工艺在衬底上沉积得到CsCl前驱体图案，该CsCl前驱体图案位于十字交叉型电极阵列中，并与其连接；S3、采用薄膜沉积工艺在CsCl前驱体图案上沉积前驱体PbCl2层，然后退火使CsPbCl3钙钛矿扩散结晶，得到图案化CsPbCl3钙钛矿薄膜，完成阵列互联的CsPbCl3紫外光电探测器的制备。2.如权利要求1所述的阵列互联的CsPbCl3紫外光电探测器制备方法，其特征在于，步骤S1在衬底上制备十字交叉型电极阵列，具体包括如下步骤：采用光刻套刻工艺进行金属电极阵列与介电层掩膜版图形的转移，根据金属电极阵列与介电层掩膜版图形，采用镀膜工艺依次在衬底上沉积横向金属电极、介电薄膜、纵向金属电极，其中，横向金属电极与纵向金属电极垂直交叉分布，介电薄膜位于横向金属电极与纵向金属电极交叉处。3.如权利要求2所述的阵列互联的CsPbCl3紫外光电探测器制备方法，其特征在于，所述金属电极阵列为m行n列，其中m与n均为介于25～500之间的整数，所述金属电极阵列中，相匹配的1对横向电极与纵向电极单元间的间距介于3μm～5μm之间。4.如权利要求2所述的阵列互联的CsPbCl3紫外...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖广兰，张许宁，刘智勇，孙博，刘星月，叶海波，
申请(专利权)人：深圳华中科技大学研究院，
类型：发明
国别省市：