红外量子点层、器件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、器件及其制备方法与应用，属于光电传感器技术领域。该红外量子点层包括复合一起的p型量子点层、本征量子点层与n型量子点层，其中，p型量子点层、本征量子点层与n型量子点层形成P

【技术实现步骤摘要】
红外量子点层、器件及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及一种红外探测器，属于光电传感器
，具体地涉及一种红外量子点层、器件及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]在传统的中波红外商业光电探测器中，主要采用分子束外延技术，主要材料有碲化镉(MCT)、量子阱和ii型超晶格等，先通过外延法生长铟柱，再通过倒装键合的方式与硅基读出电路耦合。这样的加工方法周期长，生产率慢材料加工成本高，同时倒装键合的方式键合成功率低，由于块体材料生长困难，技术要求高，成本昂贵，限制了应用范围，未能进行大规模民用生产，仅限于科研和军事的相关研究，不仅如此，由于狭窄的中红外能隙产生较大的热载流子密度，需要冷却实现理想的器件性能，限制了在室温等较高温度环境领域的应用。
[0003]在胶体量子点的中波光伏红外探测器中，由于具有合成可扩展性、机械灵活性、广谱可调性、成本低廉、制备简单等优点，HgTe CQD已经成功地应用于中波红外光检测中，实现了光导体、光晶体管、异质结光伏器件、光学结构增强器件和具有多结的双波段光伏器件等。
[0004]在已报道的HgTe CQD光伏型光电探测器中，包括采用碲化银量子点(Ag2Te CQDs)实现P型掺杂，例如：通过将Ag2Te CQDs旋涂在HgTe CQDs薄膜上,银离子(Ag
+
)可以扩散至碲化汞薄膜表面，再用10mM氯化汞/甲醇(HgCl2/MeOH)溶液处理，促进Ag
+
的扩散。一方面仅靠Ag2Te CQDs作为空穴传输层，无论是对于中波还是短波来说，对于实现高的响应度和EQE(外量子效率)还有一定距离，室温下高性能还有一定的提升空间。这是因为，仅有P型掺杂形成的光电二极管，耗尽层的宽度还不够大，当光照入射时，产生的电子空穴对少，空穴的定向移动生成光电流，光电流自然就小。内建电场还不够强，收集耗尽层外的光子的能力弱，影响光电流的大小和器件的性能。在较高温度下如室温下工作性能迅速降低，比探测率仅有108Jones，预测的探测器的运行高温并未达到。另一方面对于HgTe CQDs来说，这属于一种异质结掺杂，会存在界面传输和载流子速率不匹配的问题，N型材料如果使用不当，造成电子的过度填充，使器件的响应变弱，暗电流增大，因此寻找合适的材料来充当胶体量子点的n型层，满足室温条件下具备一定比探测率及响应度的使用要求，是目前亟需要解决的技术问题。

技术实现思路

[0005]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、器件及其制备方法与应用，该红外量子点层的p型量子点层、本征量子点层与n型量子点层复合形成P
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I
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N同质结，在室温下能够建立较强的内建电场，有助于提升探测器的探测性能。
[0006]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，包括复合一起的p型量子点层、本征量子点层与n型量子点层，所述p型量子点层、本征量子点层与所述n型量子点层
形成P
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I
‑
N同质结，且所述本征量子点层比所述n型量子点层厚。
[0007]进一步地，所述本征量子点层为本征HgTe量子点层，所述本征HgTe量子点层为HgTe量子点成膜后在汞盐甲醇溶液中处理，再进行固态配体交换，重复1～10次制得，优选2～8次，更优选3～5次；
[0008]所述汞盐甲醇溶液浓度为1～10mM，优选为5～10mM，更优选为10mM；
[0009]所述汞盐为氯化汞、溴化汞中任意一种。
[0010]进一步地，所述n型量子点层为n型HgTe量子点层，所述n型HgTe量子点层为HgTe量子点成膜后经固态配体交换、汞盐处理制得；
[0011]所述汞盐处理包括浸渍在汞盐的三丁基膦与辛胺的混合溶液中，取出后清洗，继续浸渍在1,6
‑
己二硫醇与异丙醇的混合溶液中；
[0012]所述汞盐与所述三丁基膦与辛胺的混合溶液的质量体积百分比为40.3％～645％；所述汞盐为氯化汞、溴化汞中任意一种；
[0013]所述1,6
‑
己二硫醇与异丙醇的体积比为(0.5～2):(25～100)。
[0014]进一步地，所述固态配体交换包括浸渍在含有乙二硫醇、盐酸、异丙醇的混合溶液中；所述乙二硫醇、盐酸、异丙醇的体积比为(0.5～2):(0.5～2):(10～40)。
[0015]进一步地，所述本征量子点层的厚度为所述n型量子点层的1～10倍，优选为2～6倍。
[0016]进一步地，所述p型量子点层为p型HgTe量子点层或p型Ag2Te量子点层。
[0017]本专利技术的目的之二是提供一种红外量子点层的制备方法，包括如下步骤：
[0018](1)制备HgTe量子点墨水；
[0019](2)取步骤(1)所述HgTe量子点墨水涂覆在衬底表面，再进行固态配体交换、汞盐处理制得n型HgTe量子点层；
[0020](3)取步骤(1)所述HgTe量子点墨水涂覆在步骤(2)所述n型HgTe量子点层表面，之后在汞盐甲醇溶液中处理，再进行固态配体交换，重复1～10次制得本征HgTe量子点层；
[0021](4)在步骤(3)所述本征HgTe量子点层表面复合p型量子点层。
[0022]本专利技术的目的之三是提供一种红外探测器件，包括第一方面所述红外量子点层或第二方面所述方法制得的红外量子点层，还包括底电极与顶电极。
[0023]本专利技术的目的之四是提供一种红外探测器件的制备方法，包括在第一方面所述红外量子点层或第二方面所述方法制得的红外量子点层的顶部及底部分别复合顶电极与底电极。
[0024]本专利技术的目的之五是提供一种第一方面所述红外量子点层或第二方面所述方法制得的红外量子点层或第三方面所述红外探测器件或第四方面所述方法制得的红外探测器件在短波1～2.5μm和/或中波3～5μm中的应用。
[0025]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：
[0026]1、本专利技术提供的红外量子点层的p型量子点层、本征量子点层与n型量子点层复合形成P
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N同质结，在室温下能够建立较强的内建电场，有利于提高探测器的探测性能。
[0027]2、本专利技术提供的探测器为P
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N光伏型探测器，在室温下的短波范围1～2.5um，中波范围3～5um内均具备很好应用前景。
附图说明
[0028]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理。
[0029]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，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0030]图1为本专利技术设计的探测器的结构示意图；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种红外量子点层，其特征在于，包括复合一起的p型量子点层、本征量子点层与n型量子点层，所述p型量子点层、本征量子点层与所述n型量子点层形成P
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N同质结，且所述本征量子点层比所述n型量子点层厚。2.根据权利要求1所述红外量子点层，其特征在于，所述本征量子点层为本征HgTe量子点层，所述本征HgTe量子点层为HgTe量子点成膜后在汞盐甲醇溶液中处理，再进行固态配体交换，重复1～10次制得，优选2～8次，更优选3～5次；所述汞盐甲醇溶液浓度为1～10mM，优选为5～10mM，更优选为10mM；所述汞盐为氯化汞、溴化汞中任意一种。3.根据权利要求1所述红外量子点层，其特征在于，所述n型量子点层为n型HgTe量子点层，所述n型HgTe量子点层为HgTe量子点成膜后经固态配体交换、汞盐处理制得；所述汞盐处理包括浸渍在汞盐的三丁基膦与辛胺的混合溶液中，取出后清洗，继续浸渍在1,6
‑
己二硫醇与异丙醇的混合溶液中；所述汞盐与所述三丁基膦与辛胺的混合溶液的质量体积百分比为40.3％～645％；所述汞盐为氯化汞、溴化汞中任意一种；所述1,6
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己二硫醇与异丙醇的体积比为(0.5～2):(25～100)。4.根据权利要求2或3所述红外量子点层，其特征在于，所述固态配体交换包括浸渍在含有乙二硫醇、盐酸、异丙醇的混合溶液中；所述乙二硫醇、盐酸、异丙醇的...

【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：