量子点中红外光电探测器及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种量子点中红外光电探测器及其制备方法。该制备方法包括：在硅/二氧化硅衬底上生长氧化铟镓锌导电沟道层；在所述氧化铟镓锌导电沟道层的表面制备源电极和漏电极；对所述氧化铟镓锌导电沟道层进行图形化；利用热注入法制备单晶碲化锡胶体量子点；将所述单晶碲化锡胶体量子点旋涂至图形化后的氧化铟镓锌导电沟道层的表面，得到初始器件；对所述初始器件进行退火，获得量子点中红外光电探测器。通过上述方法制备的量子点中红外光电探测器可解决中红外量子点材料的无毒性难题和拓宽量子点探测器的响应波段的问题。宽量子点探测器的响应波段的问题。宽量子点探测器的响应波段的问题。

【技术实现步骤摘要】
量子点中红外光电探测器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及纳米材料光电探测
，尤其涉及一种量子点中红外光电探测器及其制备方法。

技术介绍

[0002]量子点具有带隙可调、独特的光敏和量子效应、可溶液加工等优点，是光电探测器，尤其是非制冷红外探测器的核心竞争材料之一。大多数的量子点器件响应波段只在可见和近红外，难以拓宽至中红外波段。只有碲化汞量子点探测器具有中红外探测性能。但是，由于碲化汞毒性大且不稳定，易降解制约了碲化汞量子点探测器的应用范围以及可靠性。因此，开发无毒稳定的中波量子点探测器是亟需解决的关键问题。
[0003]现有的一些无毒稳定的中波量子点探测器的制备方法主要是针对CVD、MBE和PVD法制备的薄膜器件，制备成本高昂。而且，还没有对单晶碲化锡胶体量子点的相关研究，也没有与IGZO相结合的探测器的器件结构。

技术实现思路

[0004]为解决中红外量子点材料的无毒性难题和拓宽量子点探测器的响应波段的问题，本专利技术提供一种量子点中红外光电探测器及其制备方法。
[0005]为实现上述专利技术目的，本专利技术的技术方案是：
[0006]本专利技术提供一种量子点中红外光电探测器的制备方法，包括：
[0007]在硅/二氧化硅(Si/SiO2)衬底上生长氧化铟镓锌(IGZO)导电沟道层；
[0008]在所述氧化铟镓锌导电沟道层的表面制备源电极和漏电极；
[0009]对所述氧化铟镓锌导电沟道层进行图形化；
[0010]利用热注入法制备单晶碲化锡(SnTe)胶体量子点；
[0011]将所述单晶碲化锡胶体量子点旋涂至图形化后的氧化铟镓锌导电沟道层的表面，得到初始器件；
[0012]对所述初始器件进行退火，获得量子点中红外光电探测器。
[0013]根据本专利技术的一个方面，利用磁控溅射镀膜工艺制备生长氧化铟镓锌薄膜，形成所述氧化铟镓锌导电沟道层，并利用退火工艺使所述氧化铟镓锌导电沟道层的载流子迁移率为9.23m2V
‑1s
‑1，开关比为5
×
107，厚度为10～100nm。氧化铟镓锌导电沟道层具有合适的厚度和电导率才能起到最佳的载流子传输作用，通过退火工艺实现IGZO薄膜电导率的可控。
[0014]根据本专利技术的一个方面，所述源电极和所述漏电极制备的过程包括：利用紫外光刻技术进行光刻胶的图形化，并通过热蒸发镀膜工艺蒸镀钛/金(Ti/Au)复合电极薄膜，制备形成所述源电极和所述漏电极。
[0015]根据本专利技术的一个方面，所述氧化铟镓锌导电沟道层的图形化过程包括：利用紫外曝光工艺实现光刻胶图形化，并通过湿法刻蚀工艺对所述氧化铟镓锌导电沟道层进行图
形化；
[0016]所述图形化的氧化铟镓锌导电沟道层为互不相连的独立单元，且所述独立单元的长/宽尺寸为100/100μm、100/80μm、100/60μm、100/40μm、100/20μm、100/10μm中的任意一种。
[0017]根据本专利技术的一个方面，利用所述热注入法制备单晶碲化锡胶体量子点的过程包括：
[0018]将碲源溶解在三正辛基膦中，在惰性气氛下加热回流搅拌，使所述碲源充分溶解，形成浓度为90～96mg/mL、透明浅绿色的溶液，作为反应的碲源；优选地，碲源的浓度为92～95mg/mL。
[0019]将双[双(三甲基甲硅烷基)氨基]锡(II)加入到十八烯中，在40～120℃的惰性气氛下加热搅拌，使所述双[双(三甲基甲硅烷基)氨基]锡(II)充分溶解，形成浓度为20～28mg/mL的溶液，作为反应的锡源；优选地，锡源的浓度为20～25mg/mL。
[0020]利用热注入法将所述锡源注入到120～180℃的含有碲源的油胺溶液中，反应1～10min，合成碲化锡量子点；优选地，反应温度为150℃，反应时间为8～10min。
[0021]将合成后的碲化锡量子点冰水浴冷却至室温，加入表面活性剂，得到碲化锡量子点胶体，先在所述碲化锡量子点胶体中加入丙酮/氯仿离心，去除上清液分散在量子点溶剂中，重复2～3次，再利用丙酮/无水乙醇/氯仿离心纯化，去除上清液分散在量子点溶剂中，重复2～3次，得到浓度为20mg/mL的单晶碲化锡胶体量子点。
[0022]可选地，所述表面活性剂为油酸或正十二烷硫醇。优选地，所述表面活性剂为正十二烷硫醇。
[0023]根据本专利技术的一个方面，所述量子点溶剂为氯仿、正己烷、正辛烷或甲苯；优选地，所述量子点溶剂为氯仿。
[0024]所述单晶碲化锡胶体量子点的粒径尺寸分布为50～100nm，晶向以(111)为主。
[0025]根据本专利技术的一个方面，将所述单晶碲化锡胶体量子点旋涂至图形化后的氧化铟镓锌导电沟道层的表面，得到初始器件的过程包括：
[0026]使用短链配体2
‑
硝基噻吩进行配体置换，将长链配体替换掉以增加量子点电导率；
[0027]通过多次旋涂和配体置换，使量子点薄膜层的厚度为500～1000nm。
[0028]优选地，所述量子点薄膜层的厚度为500～700nm。
[0029]根据本专利技术的一个方面，采用梯度升温，然后冷却至室温的方式对所述初始器件进行退火操作，获得所述量子点中红外光电探测器，所述退火的温度为100～350℃，时间为1～4h，气氛为惰性气体。
[0030]本专利技术还提供一种利用上述制备方法制备得到的量子点中红外光电探测器，自下而上包括硅/二氧化硅衬底、氧化铟镓锌导电沟道层和碲化锡量子点光敏层，所述氧化铟镓锌导电沟道层的两端分别与源电极和漏电极相连接，硅作为底栅极。
[0031]根据本专利技术的另一个方面，所述硅/二氧化硅衬底中的二氧化硅(SiO2)的厚度为50～200nm，硅(Si)的厚度为300～500μm。
[0032]优选地，所述二氧化硅的厚度为50～80nm。
[0033]有益效果：
[0034]根据本专利技术的方案，SnTe量子点中红外探测器中的量子点具有单晶特性，以(111)晶向为主，具有无毒稳定性质，对中红外3
‑
5μm的波段具有光电响应。胶体量子点的制备原料便宜，工艺简单，并具有良好的光电特性，如高的吸光系数，禁带宽度可调等，这些都为胶体量子点材料在光电领域快速应用和发展提供了基础。
[0035]由量子点中红外光电探测器的制备方法制备的量子点中红外光电探测器是由碲化锡(SnTe)量子点光敏层、氧化铟镓锌(IGZO)导电沟道层、Si/SiO2衬底、源漏电极和底栅极组成的光电晶体管器件。SnTe量子点受光激发，产生光生载流子，通过导电沟道层两端源漏电压，形成光电流，实现红外光电探测。再通过底栅调控IGZO载流子浓度，提升器件整体光电响应度和探测率。
附图说明
[0036]图1示意性表示本专利技术的一个实施例的量子点中红外光电探测器的制备方法的流程图；
[0037]图2示意性表示本专利技术的一个实施例制备的量子点中红外光电探测器的结构本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种量子点中红外光电探测器的制备方法，包括：在硅/二氧化硅衬底上生长氧化铟镓锌导电沟道层；在所述氧化铟镓锌导电沟道层的表面制备源电极和漏电极；对所述氧化铟镓锌导电沟道层进行图形化；利用热注入法制备单晶碲化锡胶体量子点；将所述单晶碲化锡胶体量子点旋涂至图形化后的氧化铟镓锌导电沟道层的表面，得到初始器件；对所述初始器件进行退火，获得量子点中红外光电探测器。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用磁控溅射镀膜工艺制备生长氧化铟镓锌薄膜，形成所述氧化铟镓锌导电沟道层，并利用退火工艺使所述氧化铟镓锌导电沟道层的载流子迁移率为9.23m2V
‑1s
‑1，开关比为5
×
107，厚度为10～100nm。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述源电极和所述漏电极制备的过程包括：利用紫外光刻技术进行光刻胶的图形化，并通过热蒸发镀膜工艺蒸镀钛/金复合电极薄膜，制备形成所述源电极和所述漏电极。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氧化铟镓锌导电沟道层的图形化过程包括：利用紫外曝光工艺实现光刻胶图形化，并通过湿法刻蚀工艺对所述氧化铟镓锌导电沟道层进行图形化；所述图形化的氧化铟镓锌导电沟道层为互不相连的独立单元，且所述独立单元的长/宽尺寸为100/100μm、100/80μm、100/60μm、100/40μm、100/20μm、100/10μm中的任意一种。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用所述热注入法制备单晶碲化锡胶体量子点的过程包括：将碲源溶解在三正辛基膦中，在惰性气氛下加热回流搅拌，使所述碲源充分溶解，形成浓度为90～96mg/mL、透明浅绿色的溶液，作为反应的碲源；将双[双(三甲基甲硅烷基)氨基]锡(II)加入到十八烯中，在40～120℃的惰性气氛下加热搅拌，使所述双[双(三甲基...

【专利技术属性】
技术研发人员：常慧聪，冯亚军，刘军库，郭楠，肖林，
申请(专利权)人：中国空间技术研究院，
类型：发明
国别省市：