红外光电探测器及制备方法技术

本发明专利技术公开一种红外光电探测器及制备方法，该红外光电探测器包括：半导体层，半导体层由具有电子能带隙的材料制得；绝缘介电层，形成于半导体层的一侧表面；栅电极，设置于绝缘介电层背离半导体层的一侧；红外光敏层，设置于半导体层上，红外光敏层为窄带隙半导体纳米形态颗粒形成的多晶薄膜；红外透明电极，设置于红外光敏层背离半导体层的一侧表面；红外透明电极为具有高导电性与红外透过性的薄膜，红外透明电极宽度小于或等于红外光敏层宽度；源电极及漏电极，设置于半导体层的一侧表面，且分别设置于红外光敏层的两侧。本发明专利技术解决了目前红外光电探测器无法兼具高光电响应度和高响应速度的问题。响应速度的问题。响应速度的问题。

【技术实现步骤摘要】
红外光电探测器及制备方法


[0001]本专利技术涉及红外光电领域，特别涉及一种红外光电探测器及制备方法。

技术介绍

[0002]现有主要的红外光电探测技术主要有光电导型和异质结型器件两种。其中，光电导型器件采用单一半导体材料，具有内部增益，光响应度可以达到较高的值，对弱光敏感，但响应速度相对较慢，噪音较大，探测度低，使用时需制冷；异质结型基于异质结内建电场，没有内部增益，光响应度小，但是噪声电流小，探测度高，响应速度快。使用的半导体材料包括Si、Ge、PbS、PbSe、GaAs、InGaAs、InSb、HgCdTe等薄膜，存在着需要通过外延方法进行生长，成本高；对薄膜结晶质量要求高，无法适应新型光电子器件透明，柔性等方面的要求等问题。

技术实现思路

[0003]本专利技术的主要目的是提出一种红外光电探测器及制备方法，旨在解决目前红外光电探测器中光电响应度响应速度二者不可兼得的问题。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提出一种基于窄带隙纳米晶光敏材料的红外光电探测器，包括：
[0005]半导体层，所述半导体层由具有电子能带隙的材料制得；
[0006]绝缘介电层，形成于所述半导体层的一侧表面；
[0007]栅电极，设置于所述绝缘介电层背离所述半导体层的一侧；
[0008]红外光敏层，设置于所述半导体层上，所述红外光敏层为窄带隙半导体纳米形态颗粒形成的多晶薄膜；
[0009]红外透明电极，设置于所述红外光敏层背离所述半导体层的一侧表面；
[0010]所述红外透明电极为具有高导电性与红外透过性的薄膜，所述红外透明电极宽度小于或等于所述红外光敏层宽度，且不与源漏电极接触；
[0011]源电极及漏电极，设置于半导体层的一侧表面，且分别设置于所述红外光敏层的两侧。
[0012]可选地，所述红外光敏层可为PbS、PbSe、HgTe、HgCdTe、Ti2O3、AgSe中的一种或者多种组合。
[0013]可选地，所述半导体层可为Si、IGZO、pentacene、P3HT、MoS2、MoSe2中的一种或者多种组合。
[0014]可选地，所述红外透明电极为ITO、石墨烯、PEDOT:PSS、金属纳米线网络中的一种或者多种组合。
[0015]可选地，所述绝缘介电层的材料为SiO2、Al2O3、HfO2、BN、AlN、SiN
x
中的一种或者多种组合。
[0016]可选地，所述栅电极、源电极及漏电极为金属电极、重掺杂Si、ITO中的一种或者多
种组合。
[0017]本专利技术提出一种基于硫化铅量子点的双工作模式红外光电探测器的制备方法，包括以下步骤：
[0018]步骤S10、在重掺杂硅衬底一侧表面热生长形成一层SiO2绝缘介电层，重掺杂硅作为栅电极；
[0019]步骤S20、使用磁控溅射方法，在所述绝缘介电层的一侧面上沉积IGZO薄膜，以形成半导体层；
[0020]步骤S30、在所述半导体层上热蒸发沉积铝电极，以形成源、漏电极；
[0021]步骤S40、在半导体层上旋涂法沉积硫化铅量子点薄膜，并进行表面基团置换，以形成红外光敏层；
[0022]步骤S50、通过磁控溅射方法使用掩膜版在所述红外光敏层上沉积ITO薄膜，以形成红外透明电极。
[0023]可选地，所述步骤S40中在半导体层上通过旋涂法采用硫化铅量子点胶体溶液沉积硫化铅量子点薄膜的步骤具体为：
[0024]使用热注入法，合成以正己烷为溶剂的直径为5
‑
20nm的硫化铅量子点胶体溶液，量子点表面基团为油酸；
[0025]使用旋涂法将量子点胶体溶液沉积成为量子点薄膜，每次旋涂后进行表面基团置换，从油酸基团置换为巯基丙酸基团，每次旋涂沉积厚度为10
‑
30nm；
[0026]多次重复旋涂，以所述硫化铅量子点胶体溶液沉积总厚度20
‑
200nm的硫化铅量子点薄膜，以形成红外光敏层。
[0027]本专利技术红外光电探测器通过设置由具有电子能带隙的材料制得的半导体层，并将绝缘介电层形成于半导体层的一侧表面，将栅电极设置于绝缘介电层背离半导体层的一侧；以窄带隙半导体纳米形态颗粒形成的多晶薄膜形态呈现的红外光敏层设置于半导体层上，将红外透明电极设置于红外光敏层背离半导体层的一侧表面；红外透明电极为具有高导电性与红外透过性的薄膜，红外透明电极宽度小于或等于红外光敏层宽度；源电极及漏电极，设置于半导体层的一侧表面，且分别设置于红外光敏层的两侧。在源电极接地，漏电极接电压V
D
时为光电导工作模式，获得漏电极的电流I
D
，I
D
在暗态和光照下的差值ΔI
D
作为光电流，此时红外光电探测器的响应速度会比较慢，但内增益与光电响应度会相对较大；源电极或漏电极接地，以红外透明电极上电压V
T
作为驱动电压，此时为异质结工作模式，红外透明电极上电流I
T
在暗态和光照下的差值ΔI
T
作为光电流，此时红外光电探测器的响应速度会比较快，但内增益与光电响应度会相对较小。本专利技术通过实现红外光电探测器在光电导工作模式和异质结工作模式之间的切换，解决了目前红外光电探测器无法兼具高光电响应度和高响应速度的问题。
附图说明
[0028]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。
[0029]图1为本专利技术中红外光电探测器一实施例的结构示意图；
[0030]图2为本专利技术红外光电探测器光电导工作模式一实施例的示意图；
[0031]图3为本专利技术红外光电探测器异质结工作模式一实施例的示意图；
[0032]图4为本专利技术红外光电探测器异质结工作模式另一实施例的示意图；
[0033]图5为本专利技术中基于硫化铅量子点的双工作模式红外光电探测器制备方法一实施例的工作流程图；
[0034]图6～图8为本专利技术红外光电探测器光电导工作模式下的电流响应图；
[0035]图9～图10为本专利技术红外光电探测器异质结工作模式下的电流响应图；
[0036]图11为本专利技术红外光电探测器在不同的工作模式下开光时间段的电流响应对比图；
[0037]图12为本专利技术红外光电探测器在不同的工作模式下关光时间段的电流响应对比图。
[0038]附图标号说明：
[0039]标号名称标号名称10半导体层20绝缘介电层31栅电极32源电极33漏电极40红外光敏层50红外透明电极
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[0040]本专利技术目的实现、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
[0041]下本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于窄带隙纳米晶光敏材料的红外光电探测器，包括：半导体层，所述半导体层由具有电子能带隙的材料制得；绝缘介电层，形成于所述半导体层的一侧表面；栅电极，设置于所述绝缘介电层背离所述半导体层的一侧；红外光敏层，设置于所述半导体层上，所述红外光敏层为窄带隙半导体纳米形态颗粒形成的多晶薄膜；红外透明电极，设置于所述红外光敏层背离所述半导体层的一侧表面；所述红外透明电极为具有高导电性与红外透过性的薄膜，所述红外透明电极宽度小于或等于所述红外光敏层宽度，且不与源漏电极接触；源电极及漏电极，设置于半导体层的一侧表面，且分别设置于所述红外光敏层的两侧。2.如权利要求1所述的基于窄带隙纳米晶光敏材料的红外光电探测器，其特征在于，在所述源电极及漏电极设置于背离所述半导体层的一侧表面，且分别设置于所述红外光敏层的两侧时，所述红外光敏层宽度小于或等于所述源电极及漏电极之间的间距。3.如权利要求1所述的基于窄带隙纳米晶光敏材料的红外光电探测器，其特征在于，所述红外光敏层可为PbS、PbSe、HgTe、HgCdTe、Ti2O3、AgSe中的一种或者多种组合。4.如权利要求1所述的基于窄带隙纳米晶光敏材料的红外光电探测器，其特征在于，所述半导体层可为Si、IGZO、pentacene、P3HT、MoS2、MoSe2中的一种或者多种组合。5.如权利要求1所述的基于窄带隙纳米晶光敏材料的红外光电探测器，其特征在于，所述红外透明电极为ITO、石墨烯、PEDOT:PSS、金属纳米线网络中的一种或者多种组合。6.如权利要求1所述的基于窄带隙纳米晶光敏材料的红外光电探测器，其特征在于，所述绝缘介电层的材料为SiO...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙振华，池治国，文政，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：