【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光电探测器，涉及一种基于氧化物薄膜界面调控的非制冷长波红外探测器及其制备方法。
技术介绍
1、红外探测技术被广泛推广应用，在红外探测技术中探测器是核心，其决定了其所配套的探测装备的性能和应用领域。按有无制冷装置红外探测器分为制冷型和非制冷型。其中制冷型红外成像仪器由于制冷系统笨重、机动性差，使得其应用受到限制。非制冷型红外探测器虽然没有制冷型性能高，但其不需要制冷装置，具有性能适中、体积小、重量轻、使用方便、功耗低、价格低的特点，在军事与民用领域得到了广泛的应用。
2、非制冷红外探测器主要包括热释电、热电偶、微测辐射计等三种类型，其中热释电器件以成本低和应用广泛最具代表性。热释电探测器是一种利用热释电材料的自发极化强度随温度而变化的效应制成的一种热敏型红外探测器。热释电红外探测器的作用主要是探测接收红外辐射并将其转换为微弱的电流/电压信号。而热释电红外探测器的性能主要由响应速度和响应度表征，在宽波段范围内要获得好的响应度，要求探测器的吸收层对红外线吸收率高，响应速度快就要求吸收层的热容小。
3、目前的热释电红外器件的灵敏度较低，不能很好的满足各类应用场景的需求。随着二维材料的兴起，它与传统热释电材料复合而成的新型器件为热释电红外器件的性能提升带来新方向。然而两者之间的界面受到材料表面缺陷和外来杂质吸附物的影响，其界面处产生陷阱态严重干扰了二维材料中载流子的输运特性，阻碍了器件高光电性能的实现。其次，热释电衬底表面较高的粗糙度影响了器件的稳定性。
技术实现思路>
1、有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于氧化物薄膜界面调控的非制冷长波红外探测器及其制备方法，针对二维材料-热释电材料红外器件的界面问题，采用氧化物薄膜进行界面钝化，减少因外来吸附物杂质和材料缺陷引起的陷阱态数量，并优化工艺参数，从而实现稳定的高性能非制冷红外探测器。
2、为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、方案一、一种基于氧化物薄膜界面调控的非制冷长波红外探测器，其包括：热释电衬底；形成于热释电衬底表面的第一钝化层；形成于第一钝化层表面的图案化电极层；形成于图案化电极层表面以及图案化电极层的图案化电极之间的电调控层，同时，图案化电极之间的电调控层与第一钝化层的表面接触；还包括形成于电调控层表面且包裹电调控层的第二钝化层。
4、进一步的，第一钝化层和第二钝化层均为氧化物薄膜致密层。氧化物薄膜致密层的材质为氧化铝、氧化钛或氧化铪中的一种。
5、进一步的，热释电衬底的材质为铌酸锂、钽酸锂、锆钛酸铅或铌镁酸铅中的一种。
6、进一步的，电调控层的材质为石墨烯、二硫化钨或二硒化钨中的一种。
7、进一步的，电极层的材质为金、银、铝、铜或钛金属中的一种。
8、方案二、一种基于氧化物薄膜界面调控的非制冷长波红外探测器的制备方法，该方法包括以下步骤：
9、s1、对热释电衬底进行超声清洗，然后氮气吹干；
10、s2、在吹干后的热释电衬底表面通过原子层淀积生长氧化物薄膜致密层，具体地，在原子层淀积镀膜设备的腔体内生长氧化物薄膜致密层；
11、s3、采用光刻、真空蒸镀和剥离工艺在氧化物薄膜致密层表面淀积图案化电极层；
12、s4、通过湿法转移、光刻和干法刻蚀工艺在图案化电极层的电极之间以及图案化电极层的部分表面形成电调控层；
13、s5、通过原子层淀积、光刻和腐蚀工艺将电调控层用氧化物薄膜致密层包裹起来。
14、进一步的，步骤s1中，对热释电衬底进行超声清洗包括：在超声机中，依次使用洗洁精：去离子水按照体积比1：50的溶液、丙酮和无水乙醇分别超声清洗20min。
15、进一步的，氧化物薄膜致密层的厚度为1nm～20nm。
16、进一步的，图案化的电极层中，电极的尺寸为50μm*50μm～300μm*300μm。
17、进一步的，电调控层的尺寸为10μm*10μm～100μm*100μm，该尺寸应理解为，在非制冷长波红外探测器俯视方向的角度下，电调控层的尺寸。
18、本专利技术的有益效果在于：
19、(1)本专利技术具有宽波段、灵敏度高、结构简单、制备方法容易，便于实现工业化生产制造的优点。基于热释电衬底具有的宽波段吸收的特性，本专利技术也具有宽波段吸收特性；电调控层采用了二维材料，提高了器件的迁移率；钝化层采用氧化物薄膜起到了钝化界面的效果，提升了二维材料的迁移率，同时将器件封装起来，提高器件的稳定性。除此之外，本专利技术采用的是光热电作用原理，使得器件具有可媲美商业微测辐射计的潜力。
20、(2)本专利技术中的氧化物薄膜致密层具有很好的绝缘性，且与热释电衬底之间的界面缺陷少。因此，将氧化物均匀淀积在热释电衬底与电调控层之间时，可以有效减少热释电衬底和电调控层的接触面积且不影响载流子输运，从而减少非辐射复合，有利于实现热释电衬底高效率调制电调控层的沟道电导。
21、(3)本专利技术中的氧化物薄膜致密层由于是原子层沉积技术制备，共形能力强，可自适应填充热释电衬底凹陷处并且可解除外来杂质的吸附。一方面，材料凹陷处往往容易堆积外来吸附物，填充该处可以很大程度上减少由于外来吸附物杂质带来的非辐射复合；另一方面，填充凹陷处后可以改善薄膜平整度，有利于提升器件稳定性。
22、本专利技术的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本专利技术的实践中得到教导。本专利技术的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
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1.一种基于氧化物薄膜界面调控的非制冷长波红外探测器，其特征在于：其包括：
2.根据权利要求1所述的非制冷长波红外探测器，其特征在于：所述第一钝化层(102)和第二钝化层(104)均为氧化物薄膜致密层。
3.根据权利要求2所述的非制冷长波红外探测器，其特征在于：所述氧化物薄膜致密层的材质为氧化铝、氧化钛或氧化铪中的一种。
4.一种基于氧化物薄膜界面调控的非制冷长波红外探测器的制备方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：步骤S1中，对热释电衬底进行超声清洗包括：在超声机中，依次使用洗洁精：去离子水按照体积比1：50的溶液、丙酮和无水乙醇分别超声清洗20min。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述氧化物薄膜致密层的厚度为1nm～20nm。
7.根据权利要求4或6所述的制备方法，其特征在于：所述氧化物薄膜致密层的材质为氧化铝、氧化钛或氧化铪中的一种。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述图案化的电极层中，电极的尺寸为50μm*5
9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述电调控层的尺寸为10μm*10μm～100μm*100μm。
...【技术特征摘要】
1.一种基于氧化物薄膜界面调控的非制冷长波红外探测器，其特征在于：其包括：
2.根据权利要求1所述的非制冷长波红外探测器，其特征在于：所述第一钝化层(102)和第二钝化层(104)均为氧化物薄膜致密层。
3.根据权利要求2所述的非制冷长波红外探测器，其特征在于：所述氧化物薄膜致密层的材质为氧化铝、氧化钛或氧化铪中的一种。
4.一种基于氧化物薄膜界面调控的非制冷长波红外探测器的制备方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：步骤s1中，对热释电衬底进行超声清洗包括：在超声机中，依次使...
【专利技术属性】
技术研发人员：彭阳，杨旗，翁上进，杨俊，张永娜，史浩飞，魏兴战，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：
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