硫化铅光电导探测器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种硫化铅光电导探测器及其制备方法，其中硫化铅红外探测器，包括衬底，所述衬底向上依次覆盖有金属电极、石墨烯薄膜、金纳米颗粒、硫化铅单晶薄膜以及铋金属纳米颗粒，其中石墨烯薄膜下两端各铺设有一个所述金属电极。本发明专利技术旨在通过利用铋金属纳米粒子在硫化铅表面实现点状包覆增加硫化铅的光吸收从而提高传统的硫化铅光电导型红外探测器的响应度，基于此得到的金属纳米粒子光吸收增强型硫化铅光电导红外探测器可以将响应度提高两个数量级。提高两个数量级。提高两个数量级。

【技术实现步骤摘要】
硫化铅光电导探测器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体光电子器件
，特别是涉及一种硫化铅光电导探测器及其制备方法。

技术介绍

[0002]光电探测器是一种把光信号转变为电信号的器件，主要类别有光电导型、内建电场光伏型、光热电型和测辐射热计。光电探测器的最初被应用于军事作战，1930年德国研究人员研发出硫化铅红外光子探测器，探测波长可达到3微米左右。二战期间，硫化铅探测器作为秘密武器在战争中发挥了巨大的作用，红外探测技术成为军事领域的重要研究方向之一。光电探测器在现代军事上主要运用于夜视，制导，侦察，通讯等。铋具有很高的电子迁移率和较小的带隙 (14meV)使Bi成为高响应宽带隙的光电检测复合材料。
[0003]现有技术中，主要以硫化铅红外探测器为主，硫化铅红外探测器的光电流强度和响应度还有待进一步的提高。

技术实现思路

[0004]鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种硫化铅光电导探测器及其制备方法。该红外探测器通过在硫化铅表面复合一层金属纳米颗粒增加其光吸收来提高探测器的响应度。
[0005]本专利技术通过硫化铅单晶纳米柱和铋金属纳米粒子结合，因纳米颗粒的曲率半径很小，红外光入射后收到硫化铅表面的金属纳米粒子散射而优先分布困在半导体薄膜中，有效的增加了光路强度；并且纳米颗粒的电场增强，使得低维硫化铅纳米柱与电场之间耦合增强，光吸收率增大，故本专利技术比一般的硫化铅红外探测器提高了光电流强度和响应度。
[0006]并且，本专利技术中利用电化学法制备硫化铅和铋薄膜，这是一种有效绿色的材料制备方法，并且克服了旋涂和水热法的材料工艺复杂，效率低，难以剥离或者刻蚀的困难，可以实现硫化铅和铋的图形化生长。
[0007]具体的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]一种基于金属纳米粒子光吸收增强型硫化铅光电导红外探测器，包括由下到上依次设置的硅衬底、氧化硅层、石墨烯层、金纳米颗粒层、硫化铅层及金属纳米颗粒层；其中，所述石墨烯层两端各铺设有一个所述的金属电极。
[0009]优选的，所述氧化硅层厚度为300nm。
[0010]优选的，所述金属电极与所述氧化硅层之间铺设一层石墨烯层。
[0011]优选的，所述金属电极包括金和铬，其中，铬位于石墨烯薄膜之上，金位于铬之上，厚度在100nm以内。
[0012]优选的，所述金纳米颗粒层厚度在4nm以内。
[0013]优选的，所述的硫化铅层为单晶硫化铅，厚度为500nm。
[0014]优选的，所述金属纳米颗粒为铋金属，厚度为2nm。
[0015]一种基于金属纳米粒子光吸收增强型硫化铅光电导红外探测器的制备方法，包括以下步骤：
[0016](1)清洗衬底：将带有氧化层的硅片清洗干净；
[0017](2)制作电极：在石墨烯薄膜表面沉积金属并图形化，利用电子束蒸发或者溅射的方法形成金属电极；
[0018](3)将石墨烯薄膜转移带有电极的衬底上：通过PMMA将石墨烯薄膜从铜箔转移至所述衬底上；
[0019](4)在石墨烯表面制备金纳米颗粒；
[0020](5)涂胶，石墨烯条带化：将要生长硫化铅薄膜和金属纳米离子的部分暴露出来；
[0021](6)硫化铅薄膜制备：在所述石墨烯薄膜表面和所述金属电极表面利用电化学沉积法制备单晶硫化铅纳米柱薄膜；
[0022](7)金属纳米颗粒制备：在所述的硫化铅纳米柱薄膜表面利用电子束蒸发法或磁控溅射或电化学沉积制备铋金属纳米颗粒。
[0023](8)石墨烯薄膜的图形化。
[0024]优选的，所述步骤(4)中利用磁控溅射的方法在石墨烯表面溅射一层2
‑
4nm 厚的金纳米颗粒。
[0025]优选的，所述步骤(3)中采用湿法转移的方式，利用PMMA将所述石墨烯薄膜从铜箔转移至所述衬底上。
[0026]优选的，所述步骤(6)中硫化铅薄膜的制备：在所述石墨烯薄膜表面和所述金属电极表面利用电化学沉积法制备单晶硫化铅纳米柱薄膜，包括：
[0027]将乙酸铅和乙二胺四乙酸二钠配置成0.02M溶液A；
[0028]将硫化钠配置成0.02M溶液B；
[0029]将所述溶液A和所述溶液B混合配置成第一前驱体溶液，并将所述第一前驱体溶液的PH值调至9
‑
10；
[0030]基于电化学工作站中恒电位沉积法，以一定的恒电位对所述第一前驱体溶液沉积得到硫化铅单晶纳米柱薄膜，通过控制沉积时间控制所述硫化铅单晶纳米柱薄膜的厚度。
[0031]优选的，所述步骤(7)金属纳米颗粒制备：在所述的硫化铅纳米柱薄膜表面利用电子束蒸发法或磁控溅射或电化学沉积制备铋金属纳米颗粒，包括：
[0032]将硝酸铋和乙二胺四乙酸二钠配置成第二前驱体溶液；
[0033]基于电化学工作站中恒电位沉积法，以一定的恒电位对所述第二前驱体溶液沉积得到铋金属纳米薄膜，通过控制沉积时间控制所述铋金属纳米薄膜的厚度。
[0034]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0035]本专利技术设计一种基于金属纳米粒子光吸收增强型硫化铅光电导探测器，通过在硫化铅表面引入铋金属纳米颗粒，可以有效地提高光吸收效率，增加光电流强度和探测器响应度。与此同时，本专利技术还提供了一种基于金属纳米粒子光吸收增强型硫化铅光电导探测器制备方法，该方法工艺简单，重复性好，为高响应硫化铅红外探测器大规模制备提供了一种方案。
附图说明
[0036]图1为本专利技术一种基于金属纳米粒子光吸收增强型硫化铅光电导探测器的制备方法的一实施流程图；
[0037]图2为本专利技术一种基于金属纳米粒子光吸收增强型硫化铅光电导探测器的一实施例剖面结构图；
[0038]图3为本专利技术一种基于金属纳米粒子光吸收增强型硫化铅光电导探测器的一实施例扫描电子显微镜图像。
[0039]图4为本专利技术一种基于金属纳米粒子光吸收增强型硫化铅光电导探测器的一实施例硫化铅和铋扫描电子显微镜图像。
具体实施方式
[0040]为使本专利技术的技术方案以及优点更加清楚明了，下面将结合本专利技术的附图以及具体的实施例，对本专利技术的技术方案进行清晰、完整地描述，使得本领域的技术人员不必再付出创造性劳动就能实现该专利技术，需要说明，附图采用简化的形式仅仅用于方便、清楚地说明本专利技术实施例的目的。附图展示的结构不是实际结构的全部而只是实际结构的部分。很明显，所列举的实施例是本专利技术中的一部分实施例，而不是全部的实施例。应理解，基于本专利技术中的实施例，本领域所属的普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其他所有的实施例，都在本专利技术的保护范围之内。
[0041]以下列举的部分实施例仅仅是为了更好地对本专利技术进行说明，但本专利技术的内容并不局限在应用于所举的实施例中。所以熟悉本领域的技术人员根据上述
技术实现思路
对实施方案进行非本质的改进和调整而应用于其他实施例中，仍在本专利技术的保护范围之内。
[0042]需要注本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于金属纳米粒子光吸收增强型硫化铅光电导红外探测器，其特征在于，包括由下到上依次设置的硅衬底(1)、氧化硅层(2)、石墨烯层(4)、金纳米颗粒层(5)、硫化铅层(6)及金属纳米颗粒层(7)；其中，所述石墨烯层(4)两端各铺设有一个所述的金属电极(3)。2.根据权利要求1所述的红外探测器，其特征在于，所述氧化硅层(2)厚度为300nm。3.根据权利要求1所述的红外探测器，其特征在于，所述金属电极(3)与所述氧化硅层(2)之间铺设一层石墨烯层(4)。4.根据权利要求1所述的红外探测器，其特征在于，所述金属电极(3)包括金和铬，其中，铬位于石墨烯薄膜之上，金位于铬之上，厚度在100nm以内。5.根据权利要求1所述的红外探测器，其特征在于，所述金纳米颗粒层厚度在4nm以内。6.根据权利要求1所述的红外探测器，其特征在于，所述的硫化铅层(6)为单晶硫化铅，厚度为500nm。7.根据权利要求1所述的红外探测器，其特征在于，所述金属纳米颗粒(7)为铋金属，厚度为2nm。8.一种基于金属纳米粒子光吸收增强型硫化铅光电导红外探测器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)清洗衬底：将带有氧化层的硅片清洗干净；(2)制作电极：在石墨烯薄膜表面沉积金属并图形化，利用电子束蒸发或者溅射的方法形成金属电极；(3)将石墨烯薄膜转移带有电极的衬底上：通过PMMA将石墨烯薄膜从铜箔转移至所述衬底上；(4)在石墨烯表面制备金纳米颗粒；(5)涂胶，石墨烯条带化：将要生长硫化铅薄膜和金属纳米离子的部分暴露出来；(6)硫化铅薄膜制备：在所述石墨烯薄膜表面和所述金属电极表面利用...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯双龙，闫瑞阳，申钧，史浩飞，
申请(专利权)人：中国科学院重庆绿色智能技术研究院，
类型：发明
国别省市：