红外量子点层、光导型红外探测器及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及一种红外量子点层、光导型红外探测器及其制备方法与应用，属于光电传感器技术领域。本发明专利技术通过对量子薄膜进行表面处理使掺杂状态为P型的量子点向本征态转移，制得的光导型器件中，光照入射时，电导率增加，光生载流子增多，减少了电子与空穴的复合几率，且光电流增大，使得光导型器件的暗电流有效降低，光暗电流比增大，噪声减小，最终有利于提高光导型器件的响应度和比探测率等性能。导型器件的响应度和比探测率等性能。导型器件的响应度和比探测率等性能。

【技术实现步骤摘要】
红外量子点层、光导型红外探测器及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及一种对红外量子点薄膜的掺杂形态处理，属于光电传感器
，具体地涉及一种红外量子点层、光导型红外探测器及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]HgTe胶体量子点是一种很有前途的宽带红外检测纳米材料，通过对量子点的性能的进一步改进，有望成为一些昂贵材料，如碲化镉(MCT)、量子阱和ii型超晶格等的替代品。
[0003]在红外探测器中，光子探测器分为光导型和光伏型。光导型探测器其原理是当红外辐射照射在某些半导体材料表面上时，半导体材料中有些电子和空穴可以从原来不导电的束缚状态变为能导电的自由状态，使半导体的导电率增加。光伏型探测器是利用pn结产生的光生电动势效应制成的探测器。光导型探测器的突出优点就是结构简单，只需要两个电极就可以工作。但是光导型的探测器理论噪声要比光伏型的探测器高，光导型探测器相比于光伏型探测器而言，增加了电子和空穴结合而出现的产生
‑
复合噪声，此类噪声会严重影响探测器的光电性能。
[0004]对于光电探测器来说，衡量光电探测器性能的一个重要指标是NEP(噪声等效功率)，噪声等效功率越小，探测器的灵敏度越高。若要减小NEP，则要降低噪声电流或者增大响应率。其计算公式如式(1)、(2)所示：
[0005][0006]其中i
n
为噪声电流，R
res
为响应率。
[0007][0008]其中I
ph
为光电流，P为输入光功率。<br/>[0009]因此降低噪声电流的影响对于光电探测器尤为重要。若要降低噪声的影响，则需选择性能更优良的红外感光材料，或者对探测器本身进行优化。
[0010]现有技术中的HgTe光导型红外探测器的灵敏度不高，如何提高其灵敏度，是本领域技术人员需要解决的技术问题。

技术实现思路

[0011]为解决上述技术问题，本专利技术公开了一种红外量子点层、光导型红外探测器及其制备方法与应用。其中，探测器的制备方法简单，制得的探测器灵敏度高。
[0012]为实现上述技术目的，本专利技术公开了一种红外量子点层的制备方法，所述制备方法包括HgTe量子点成膜后在1～10mM的汞盐甲醇溶液中进行第一次表面处理，处理5～15s。
[0013]进一步地，所述制备方法还包括经第一次表面处理后继续置于体积比为(0.5～
2):(0.5～2):(10～30)的乙二硫醇+盐酸+异丙醇混合液中进行第二次表面处理，处理5～15s。
[0014]进一步地，重复操作5次以上，且经各表面处理后立即采用异丙醇冲洗、氮气枪吹干。且异丙醇冲洗干净为止，氮气枪吹干为止，并不受时间或其它因素影响。
[0015]进一步地，所述第一次表面处理与第二次表面处理均为完全浸泡。
[0016]进一步地，所述汞盐甲醇溶液的浓度为10mM，所述汞盐为氯化汞或溴化汞。
[0017]进一步地，所述汞盐甲醇溶液的浓度为1mM、5mM。
[0018]进一步地，乙二硫醇、盐酸与异丙醇的体积比为1:1:20。
[0019]进一步地，乙二硫醇、盐酸与异丙醇的体积比为0.5:2:10、0.5:2:30、2:0.5:10、2:0.5:30。
[0020]本专利技术的目的之二是公开一种红外量子点层，它为上述制备方法制得。该红外量子点层肉眼可见的表面薄膜更致密，减少了因为固态配体交换次数的增多而引起的薄膜表面裂纹，且红外量子点层的厚度可根据实际器件的使用要求进行限定，且任何数值范围均在本专利技术保护范围内。
[0021]本专利技术的目的之三是公开一种光导型红外探测器，所述探测器包括衬底、电极，及上述红外量子点层。
[0022]本专利技术的目的之四是公开一种上述探测器的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
[0023]1)在衬底表面涂覆HgTe量子点墨水形成薄膜；
[0024]2)将薄膜完全浸泡在1～10mM的汞盐甲醇溶液中进行第一次表面处理5～15s，取出，采用异丙醇冲洗、氮气枪吹干，再完全浸泡在体积比为(0.5～2):(0.5～2):(10～30)的乙二硫醇+盐酸+异丙醇混合液中进行第二次表面处理5～15s，采用异丙醇冲洗、氮气枪吹干；
[0025]3)重复步骤1)、步骤2)的操作5次以上；具体的，每次成膜后进行第一次、第二次表面处理，连续处理5次以上；
[0026]4)继续组装形成光导型红外探测器。
[0027]其中，所述衬底为带有叉指电极的蓝宝石衬底或硅衬底或其它衬底。
[0028]进一步地，所述涂覆为滴涂、旋涂或其它任意方式。
[0029]进一步地，所述HgTe量子点墨水中量子点大小是可以通过控制合成温度和反应时间来共同调控的。
[0030]其中，所述HgTe量子点墨水的制备方法如下：
[0031](1)TOPTe溶液：室温下，在氮气手套箱中搅拌Te颗粒和TOP，制备溶解在三正辛膦(TOP)中的Te溶液，形成亮黄色溶液。
[0032](2)热平衡溶液：在氮气环境的手套箱中，取一定量HgCl2或HgBr2，加入OAM，将混合物放在加热板上，放入磁子搅拌，将加热板温度调至105℃，在105℃下加热1h，直至形成透明、淡黄色溶液。
[0033](3)淬火溶液：取TOP、DDT、TCE混匀放入玻璃瓶中，并置于冰箱中保存。
[0034](4)采用热注射法合成HgTe量子点墨水：将步骤(2)的热平衡溶液热平衡到反应所需的温度，一般为60℃～100℃，迅速加入步骤(1)的TOPTe溶液，设置好反应时间，一般反应
2min～20min，等待反应，反应结束后，加入(3)的淬火溶液用于冷却反应。并从手套箱中取出，水浴降温，加入异丙醇，放入离心机进行离心沉淀，将量子点用氮气枪干燥后，溶于氯苯中形成HgTe量子点墨水。
[0035]一般反应温度越高，反应时间越长，量子点越大，吸收波长更长，不同的温度和反应时间控制着量子点的大小，即吸收的截至波长，最终可实现短波范围1～2.5μm，中波范围3～5μm。
[0036]本专利技术的目的之五是公开了一种上述探测器在短波1～2.5μm和/或中波3～5μm中的应用。
[0037]本专利技术实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：
[0038]1、本专利技术设计的红外量子点层表面处理工序简单，但是可以实现对掺杂状态朝有利于提高器件灵敏度方向的转变；
[0039]2、本专利技术设计得到的光导型器件光照入射时，电导率增加，光生载流子变多，减少了电子与空穴的复合，其中光暗电流比提升了16倍，且比探测率提升一个数量级，响应度提升两倍。
[0040]3、本专利技术设计得到的光导型器件在短波范围1～2.5um，中波范围3～5um内具备很好应用前景。
附图说明
[0041]此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本专利技术的实施例，并与说明书一起用于解释本专利技术的原本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种红外量子点层的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括HgTe量子点成膜后在1～10mM的汞盐甲醇溶液中进行第一次表面处理，处理5～15s。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括经第一次表面处理后继续置于体积比为(0.5～2):(0.5～2):(10～30)的乙二硫醇+盐酸+异丙醇混合液中进行第二次表面处理，处理5～15s。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，重复操作5次以上，且经各表面处理后立即采用异丙醇冲洗、氮气枪吹干。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述第一次表面处理与第二次表面处理均为完全浸泡。5.根据权利要求1～4中任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述汞盐甲醇溶液的浓度为10mM，所述汞盐为氯化汞或溴化汞中的任意一种。6.根据权利要求2～4中任意一项所述的制备方法，其特征在于，乙二硫醇、盐酸与异丙醇...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛晓梦，张硕，刘雁飞，
申请(专利权)人：中芯热成科技北京有限责任公司，
类型：发明
国别省市：