基于PbSe胶体量子点的红外光电探测器及其制备方法技术

本申请提供一种基于PbSe胶体量子点的红外光电探测器及其制备方法，涉及半导体材料领域。基于PbSe胶体量子点的红外光电探测器，包括由上至下依次层叠设置的顶部电极接触层、第一PbSe CQD吸收层、CQD阻挡层、第二PbSe CQD吸收层和底部电极接触层；所述第一PbSe CQD吸收层和所述第二PbSe CQD吸收层的原料包括第一配体组装后的PbSe胶体量子点，所述CQD阻挡层的原料包括ZnO胶体量子点或者第二配体组装后的PbS胶体量子点或Ag2Se CQD胶体量子点。本申请提供的基于PbSe胶体量子点的红外光电探测器，能够实现探测器探测波长的轻松调控。能够实现探测器探测波长的轻松调控。能够实现探测器探测波长的轻松调控。

【技术实现步骤摘要】
基于PbSe胶体量子点的红外光电探测器及其制备方法


[0001]本申请涉及半导体材料领域，尤其涉及一种基于PbSe胶体量子点的红外光电探测器及其制备方法。

技术介绍

[0002]红外光电探测器是以窄带隙半导体作为光吸收材料，利用红外辐射激发束缚态电子来产生电信号输出的器件。由于其具有灵敏度高、大面阵以及可多色集成等优势，让红外光电探测器在军事和民用领域有巨大的应用前景，可广泛应用于通讯、医疗、天文观测、红外成像、夜视和制导等领域。在众多窄带隙半导体材料中，胶体量子点(CQD)由于其低廉的制备方法、发光波长可调、与基板灵活的兼容性以及其光物理性质可以通过表面修饰工程轻松调节等优势，让其备受关注。但是通过胶体量子点制备的红外光电探测器不可避免会产生由表面态导致的暗电流和噪声，从而进一步限制了它的发展。
[0003]目前，通过减小暗电流造成的电学噪声和俄歇机制，最常用的是nBn和pMp型探测器结构，通过引入大带隙势垒层，并合理设计器件能带结构以阻挡多数载流子的移动，而较小的价带或导带偏移，允许少数载流子的自由移动。由于大带隙势垒层的引入，会增加电子或空穴跃迁到杂质和缺陷能级所需的能量，从而有效减小禁带中缺陷能级导致的载流子激发与复合；除此以外，由于生长工艺和样品形状等外界因素引起的表面漏电流也会被有效抑制。相较于传统p
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i
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n结构器件，nBn和pMp型单极势垒探测器能够有效减小暗电导率，且阻止热产生的电子和空穴传输，是有效提高光电探测器性能的手段。
[0004]现阶段，应用于nBn和pMp型红外光电探测器领域主要以外延生长的材料为主，例如，III
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V材料、三元化合物HgCdTe(MCT)、量子阱以及II型超晶格结构等。但这种外延生长的光电探测器制造通常是采用昂贵且复杂的工艺在高温和真空条件下生长的，对生长条件的要求较为严苛，难以实现量产；而且，对传统半导体材料的调控手段十分有限，目前只能通过调节掺杂浓度、多元化合物元素种类及比例来实现，杂质掺杂调控往往受到固溶条件的限制，多元化合物元素的调节又会不得不引入其他种类的元素，使制备工艺的难度大幅增加；除此以外，高性能的红外探测器工作在低温环境下，需要额外配置冷却系统降低探测器的温度，这又进一步增加了器件的体积、成本以及功耗，从而进一步限制了它的发展。

技术实现思路

[0005]本申请的目的在于提供一种基于PbSe胶体量子点的红外光电探测器及其制备方法，以解决上述问题。
[0006]为实现以上目的，本申请采用以下技术方案：
[0007]一种基于PbSe胶体量子点的红外光电探测器，包括由上至下依次层叠设置的顶部电极接触层、第一PbSe CQD吸收层、CQD阻挡层、第二PbSe CQD吸收层和底部电极接触层；
[0008]所述第一PbSe CQD吸收层和所述第二PbSe CQD吸收层的原料包括第一配体组装后的PbSe胶体量子点，所述CQD阻挡层的原料包括ZnO胶体量子点或者第二配体组装后的
PbS胶体量子点或Ag2Se胶体量子点。
[0009]优选地，所述第一配体包括1,2乙二硫醇、草酸、甲酸和乙酸中的一种或多种，所述第二配体包括3
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巯基丙酸。
[0010]优选地，所述第一PbSe CQD吸收层、所述CQD阻挡层、所述第二PbSe CQD吸收层均各自独立的包括多层。
[0011]优选地，所述顶部电极接触层和所述底部电极接触层均为Au。
[0012]本申请还提供一种所述的基于PbSe胶体量子点的红外光电探测器的制备方法，包括：
[0013]在预处理后的衬底上蒸镀得到所述底部电极接触层，然后旋涂PbSe胶体量子点，以所述第一配体进行配体交换得到所述第一PbSe CQD吸收层；
[0014]在所述第一PbSe CQD吸收层的表面旋涂所述CQD阻挡层的原料得到所述CQD阻挡层；
[0015]在所述CQD阻挡层的表面旋涂PbSe胶体量子点，以所述第一配体进行配体交换，得到所述第二PbSe CQD吸收层；
[0016]在所述第二PbSe CQD吸收层的表面蒸镀得到所述顶部电极接触层。
[0017]优选地，所述衬底包括蓝宝石衬底；
[0018]所述预处理包括：将蓝宝石依次放入丙酮、乙醇、去离子水进行超声清洗以去除表面杂质，最后将洗净的蓝宝石用氮气枪吹干备用。
[0019]优选地，所述PbSe胶体量子点的制备方法包括：
[0020]将包括PbO、油酸、1
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十八烯在内的原料混合，在惰性气氛下，加热反应后加入三辛基膦硒溶液，继续反应生长胶体量子点，加入甲苯淬灭反应，然后加入丙酮分离纯化得到PbSe胶体量子点，分散在甲苯中保存。
[0021]优选地，当所述第一PbSe CQD吸收层中的PbSe胶体量子点继续反应生长的时间等于所述第二PbSe CQD吸收层中的PbSe胶体量子点时，所述基于PbSe胶体量子点的红外光电探测器为单波长探测光电探测器；
[0022]当所述第一PbSe CQD吸收层中的PbSe胶体量子点继续反应生长的时间大于所述第二PbSe CQD吸收层中的PbSe胶体量子点时，所述基于PbSe胶体量子点的红外光电探测器为双波长探测光电探测器。
[0023]优选地，所述CQD阻挡层的原料包括第二配体组装后的PbS胶体量子点或Ag2Se胶体量子点；
[0024]所述PbS胶体量子点的制备方法包括：
[0025]将包括PbO、油酸、1
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十八烯和油胺在内的原料混合，在真空条件下，加热反应使溶液光学透明，然后加入三甲基甲硅硫烷十八烯溶液，反应结束后加入丙酮分离纯化得到PbS胶体量子点，分散在无水甲苯中保存；
[0026]所述Ag2Se胶体量子点的制备方法包括：
[0027]惰性气氛条件下，在加热后的油胺溶液中加入三辛基膦硒溶液，继续加热后加入三辛基膦银溶液，生产目标时间后加入丁醇并在冰水浴中淬灭反应，然后使用乙醇和甲醇的混合物沉淀得到Ag2Se胶体量子点，用甲醇溶液清洗，将得到的Ag2Se胶体量子点分散于己烷中。
[0028]优选地，所述CQD阻挡层的原料包括ZnO胶体量子点，所述ZnO胶体量子点的制备方法包括：
[0029]将乙酸锌的二甲基亚砜溶液和四甲基氢氧化铵的乙醇溶液混合，搅拌后加入过量的沉淀溶剂进行洗涤，然后将沉淀物分散于丁醇中；
[0030]优选地，所述沉淀溶剂包括己烷和乙醇的混合物。
[0031]与现有技术相比，本申请的有益效果包括：
[0032]本申请提供的基于PbSe胶体量子点的红外光电探测器，以PbSe胶体量子点做为探测器的吸收层，将胶体量子点应用于nBn和pMp型红外光电探测器，通过对探测器吸收层量子点粒径尺寸调控与器件能带结构设计，可以实现探测器探测波长的轻松调节与双波长探测。胶体量子点nBn和pMp型光电探测器结构极大简化了器件的制备过程，同本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于PbSe胶体量子点的红外光电探测器，其特征在于，包括由上至下依次层叠设置的顶部电极接触层、第一PbSe CQD吸收层、CQD阻挡层、第二PbSe CQD吸收层和底部电极接触层；所述第一PbSe CQD吸收层和所述第二PbSe CQD吸收层的原料包括第一配体组装后的PbSe胶体量子点，所述CQD阻挡层的原料包括ZnO胶体量子点或者第二配体组装后的PbS胶体量子点或Ag2Se胶体量子点。2.根据权利要求1所述的基于PbSe胶体量子点的红外光电探测器，其特征在于，所述第一配体包括1,2乙二硫醇、草酸、甲酸和乙酸中的一种或多种，所述第二配体包括3
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巯基丙酸。3.根据权利要求1所述的基于PbSe胶体量子点的红外光电探测器，其特征在于，所述第一PbSe CQD吸收层、所述CQD阻挡层、所述第二PbSe CQD吸收层均各自独立的包括多层。4.根据权利要求1
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3任一项所述的基于PbSe胶体量子点的红外光电探测器，其特征在于，所述顶部电极接触层和所述底部电极接触层均为Au。5.一种权利要求1
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4任一项所述的基于PbSe胶体量子点的红外光电探测器的制备方法，其特征在于，包括：在预处理后的衬底上蒸镀得到所述底部电极接触层，然后旋涂PbSe胶体量子点，以所述第一配体进行配体交换得到所述第一PbSe CQD吸收层；在所述第一PbSe CQD吸收层的表面旋涂所述CQD阻挡层的原料得到所述CQD阻挡层；在所述CQD阻挡层的表面旋涂PbSe胶体量子点，以所述第一配体进行配体交换，得到所述第二PbSe CQD吸收层；在所述第二PbSe CQD吸收层的表面蒸镀得到所述顶部电极接触层。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述衬底包括蓝宝石衬底；所述预处理包括：将蓝宝石依次放入丙酮、乙醇、去离子水进行超声清洗以去除表面杂质，最后将洗净的蓝宝石用氮气枪吹干备用。7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述PbSe胶...

【专利技术属性】
技术研发人员：王登魁，杨丹，方铉，项超，张德权，张玉亭，房丹，
申请(专利权)人：长春理工大学，
类型：发明
国别省市：