[实用新型]PbS量子点Si-APD红外探测器

说明书

本实用新型提出一种PbS量子点Si‑APD红外探测器，所述探测器包括本征Si基底(1)、反射区(4)、N+掺杂区(3)、P掺杂区(2)、P+掺杂区(6)、PbS量子点层(7)、上电极(5)和下电极(8)，反射区(4)位于本征Si基底(1)正上方、N+掺杂区(3)位于反射区(4)下方、P掺杂区(2)位于N+掺杂区(3)下方、P+掺杂区(6)位于本征Si基底(1)下方、PbS量子点层(7)位于P+掺杂区(6)下方、上电极(5)位于反射区(4)上表面，以及下电极(8)位于PbS量子点层(7)下表面。本实用新型以PbS量子点层作为吸收层，采用纯电子注入的方式，使得本实用新型能够吸收近红外波段光波，具有光谱响应宽，响应度高，过噪声小，成本低，易于加工等优点。

技术领域

本实用新型属于光电探测器技术领域，具体涉及一种PbS量子点Si-APD红外探测器，其涉及光电探测器结构和半导体纳米材料的硅基雪崩光电探测器技术。

背景技术

雪崩光电二极管(APD)是一种具有内部增益的光电探测器，工作在能使器件发生雪崩倍增效应的高反向偏压下，雪崩倍增效应造成了内部电流增益，使得APD器件比其他器件具有更高的响应度。因其具有灵敏度高、体积小、增益大灯一系列优点，实现对微弱信号的高校探测，被广泛的应用于光纤通讯、激光测距、激光引信、光谱测量、遥感测量、医学影像诊断、环境监测和军事侦察等方面。

光电探测器作为光纤通讯系统、红外成像系统、激光告警系统和激光测距系统等的重要组成部分，在民用和军用方面均得到了广泛的应用。目前商用的红外探测器主要包括HgCdTe材料APD和InGaAs-InP APD。HgCdTe材料根据Cd在HgCdTe材料中所占的比重调节材料禁带宽度(0eV-1.6eV)，但是HgCdTe材料APD需要工作低温条件下，InGaAs单晶半导体材料存在价格昂贵、热机械性能差、晶体质量较差、且不易与现有硅微电子工艺兼容等缺陷。

Si材料具有易于提纯、易于掺杂、资源丰富、成本低、易于大规模集成和相关技术成熟等优点，是半导体行业应用最为广泛的一类材料。Si材料具有高得碰撞电离系数比，用于光探测时可使器件的信噪比得到提高。然而，由于其禁带宽度较大(1.1eV)，即使在光敏区沉淀了增透膜，也无法探测波长大于1.1μm的光波信号。

实用新型内容

基于现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种PbS量子点Si-APD红外探测器，其以PbS量子点层作为吸收层，采用纯电子注入的方式，使得红外探测器能够吸收近红外波段光波，具有光谱响应宽，响应度高，过噪声小，成本低，易于加工等优点。

依据本实用新型的技术方案，提供一种PbS量子点Si-APD红外探测器，其包括本征Si基底1、反射区4、N+掺杂区3、P掺杂区2、P+掺杂区6、PbS量子点层7、上电极5和下电极8，其反射区4位于本征Si基底1正上方、N+掺杂区3位于反射区4下方、P掺杂区2位于N+掺杂区3下方、P+掺杂区6位于本征Si基底1下方、PbS量子点层7位于P+掺杂区6下方、上电极5位于反射区4上表面和下电极8位于PbS量子点层7下表面。

优选地，N+掺杂区3、P掺杂区2、P+掺杂区6在本征Si基底1上形成；并且在俯视观察时，N+掺杂区3的面积大于位于N+掺杂区3下方的P掺杂区2。进一步地， N+掺杂区3掺杂浓度≥1ⅹ10²⁰ion/cm^-3，结深为0.5μm～2μm，P掺杂区2掺杂浓度为 4ⅹ10¹⁵ion/cm^-3～1ⅹ10¹⁷ion/cm^-3，结深为1.5μm～3.5μm，P+掺杂区6掺杂浓度≥1ⅹ 10²⁰ion/cm^-3，结深为0.5μm～2μm；采用旋涂的方式涂覆在本征Si基底1的下表面形成PbS量子点层。

进一步地，PbS量子点层的层数为5层，PbS量子点直径大小为3-4nm；采用热注入法制造PbS量子点，注入温度为120℃，其中TMS为S源，PbO为Pb源。