[发明专利]一种利用氧化铟锡纳米颗粒增效的近红外光电探测器

说明书

技术领域

本发明属于光电探测器技术领域，具体是一种利用氧化铟锡(ITO)纳米颗粒增效的近红外光电探测器。

背景技术

近红外辐射主要是指由热源产生的780～3 000nm范围的电磁波，辐射源温度的变化决定了红外辐射的能量分布，温度越高红外辐射对于的波长越趋于短波，因此，人们可以利用红外辐射的探测来寻找、跟踪热源。这种应用在民用和军用上有着广阔的前景，例如人们利用近红外探测器监控火灾，在军事方面，近红外探测器可广泛应用于夜间观察、军事目标跟踪等方面，而成为现代军队不可或缺的必备设备。

在光电探测器领域，光谱响应度是探测器的重要技术参数之一，目前红外探测器正在向高分辨率、高灵敏度发展。随着红外探测器技术的发展, 对其性能指标提出了更高的要求, 如精确测量红外探测器的光谱响应度及响应度均匀性等方面。因此提高光电探测器的光谱响应度是光电探测器的重要关键技术之一。

表面等离子体激元是光与金属或半导体材料表面的自由电子之间的相互作用形成的一种电磁波传输模式。这种电磁波模式可将电磁波局域在亚波长的范围内形成共振和传输，电磁波在纳米表面形成极高的光学局域效应。当入射电磁波照射到具有纳米尺度的金属纳米颗粒表面时，入射电磁波中的电场成分与纳米颗粒表面的自由电荷形成强烈地相互作用，光场增强的幅度可达                                               -倍。这种显著的光学增强效应使得纳米颗粒在众多领域实现应用，如金属表面等离子体激元效应制备的增效太阳能电池。然而，金属材质的纳米颗粒一般只能在可见光范围或在1000纳米波长附近形成表面等离子体共振，无法实现大于1500纳米波长的表面等离子体共振效应。氧化铟锡(ITO)纳米颗粒因其较低的共振频率，而可实现长波长1000纳米到3000纳米范围内的表面等离子体共振，因此利用氧化铟锡(ITO)纳米颗粒的表面等离子体共振效应可提高近红外光电探测器在近红外1000纳米到3000纳米的光电探测灵敏度。

发明内容

技术问题：本发明的目的是克服已有技术的不足，提供一种利用氧化铟锡（ITO）纳米颗粒增效的近红外光电探测器。通过利用溶胶凝胶法在光电转换材料上表面或下表面制备一层氧化铟锡(ITO)纳米颗粒，并利用氧化铟锡(ITO)纳米颗粒在近红外的表面等离子体共振效应，使入射电磁波的光场能量得到局域化增强，增加入射电磁波在光电转换材料上的吸收，从而提高光电转换效率。利用该增效方法可大幅提升近红外光电探测器的探测灵敏度。 

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供了一种利用氧化铟锡纳米颗粒增效的近红外光电探测器，该近红外探测器从上到下依次包括高红外透过率的透明玻璃、透明电极、光电转换材料、氧化铟锡纳米颗粒及背电极；

入射红外辐射经过透明玻璃、透明电极和光电转换材料后，部分红外辐射被局域在氧化铟锡纳米颗粒表面，产生散射并形成表面等离子体激元传输模式，增加了入射电磁波在光电转换材料中的有效传输距离。

优选的，在探测器的光电转换材料与背电极或光电转换材料与透明电极之间制备有一层氧化铟锡纳米颗粒。

优选的，氧化铟锡纳米颗粒为纳米球或纳米棒或纳米碟或纳米方块的纳米结构。

优选的，透明电极的制备方法包括磁控溅射法、化学气相沉积法、溶胶凝胶法、热蒸发法及化学合成法中，透明电极的材质为高导电性的红外透明材料。

优选的，光电转换材料为Si、Ge、Zn、Au、Cu、Hg、InAs、InSb、HgCdTe、PbSnTe等金属或半导体材料及其掺杂材料中的任一种。

优选的，氧化铟锡纳米颗粒是一种近红外表面等离子体增强的纳米介质材料，尺寸大小为几个纳米到数百纳米之间，氧化铟锡纳米颗粒的制备通过磁控溅射法、 激活反应蒸发法、 化学气相沉积及溶胶凝胶法中的任一种制备。

优选的，背电极由金属或导电半导体薄膜构成。

优选的，金属或导电半导体薄膜包括铝、金、银、铜、不锈钢、掺铝氧化锌或掺氟氧化锡等材料。

有益效果：本发明与现有的技术相比具有以下的优点：

1、这种利用ITO纳米颗粒增效的近红外光电探测器，可大幅增加入射电磁波在光电转换材料中的有效传输距离，进而极大地增加光电材料对入射电磁波的利用率，提高近红外光电探测器整体的光电转换效率，进而显著提升近红外光电探测器的灵敏度。