[发明专利]一种石墨烯/硫化铅红外探测器及其制备方法

说明书

本发明公开一种石墨烯/硫化铅红外探测器及其制备方法，其中，一种石墨烯/硫化铅红外探测器，包括衬底，所述衬底向上依次覆盖有石墨烯薄膜、金属电极、硫化铅种子层、硫化铅纳米晶薄膜层；其中，所述石墨烯薄膜上两端各铺设有一个所述金属电极。本发明通过在石墨烯和金属电极表面引入硫化铅种子层，基于种子层辅助生长硫化铅纳米晶，得到致密、平整、均匀的高质量硫化铅纳米晶薄膜层，最终实现高响应度的红外探测器。

技术领域

本发明属于半导体光电子器件领域，涉及一种石墨烯/硫化铅红外探测器及其制备方法。

背景技术

红外探测器是一种把红外光信号转换为电信号的器件，根据器件对红外光辐射响应方式的不同，红外探测器可分为光电导型、内建电场光伏型、光热电型和测辐射热计型。红外探测器是现代国防军事的重要技术，方便官兵在夜晚、烟雾、雾天中的观察作战。目前广泛应用的红外探测器技术包括制冷和非制冷两类，其中制冷型红外成像由于需要复杂的制冷设备，而导致系统笨重，不易于官兵作战。非制冷红外成像技术起步较晚，但是发展迅速，硫化铅红外探测器是一种典型的非制冷红外探测器。

现有技术中，通过将石墨烯与硫化铅吸光层相结合，形成复合结构，石墨烯中的电子转移至近端吸光层，填充由光子吸收产生的硫化铅价带中的空态，使得硫化铅中光激发产生的电子空穴对复合受到抑制，硫化铅中的电子保留在导带中而不会衰减。同时，石墨烯与硫化铅所形成的异质结可实现光生载流子的有效分离，使得载流子寿命增大，进而引起器件增益和响应度的协同增加。

然而，上述复合结构中硫化铅的制备方法通常为旋涂法，通过多次重复：旋涂、配体置换、清洗等步骤，得到硫化铅薄膜的目标厚度。该方法工艺复杂、效率低、实验重复性差。化学水浴法是一种工艺极其简单、实验重复性好的硫化铅制备方法，但在石墨烯和金属电极表面通过该方法制备的硫化铅，由于不同材料表面硫化铅的生长速度不一样，导致硫化铅成膜质量较差，得到的探测器几乎没有响应。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种石墨烯/硫化铅红外探测器，该红外探测器通过增加硫化铅种子层得到致密、平整、均匀的高质量硫化铅纳米晶薄膜层，最终实现高响应度的红外探测器。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种石墨烯/硫化铅红外探测器，包括衬底，所述衬底向上依次覆盖有石墨烯薄膜、金属电极、硫化铅种子层、硫化铅纳米晶薄膜层；其中，所述石墨烯薄膜上两端各铺设有一个所述金属电极。

优选地，所述衬底包括带有二氧化硅层的硅片。

进一步地，所述金属电极与所述衬底间铺设1-3层石墨烯薄膜。

进一步地，所述金属电极包括金、银、铬/金、铬/银；其中，含铬的复合金属电极，铬位于石墨烯薄膜之上，金或银薄膜位于铬之上。

进一步地，所述硫化铅种子层是由大小为1-10nm量子点构成的薄膜，所述硫化铅种子层的厚度为8-16nm。

进一步地，所述硫化铅纳米晶薄膜层是由粒径为50-500nm的纳米晶体构成的薄膜，所述硫化铅纳米晶薄膜的厚度为70-150nm。

优选地，所述量子点的配体包括EDT、辛胺。

有鉴于此，本发明的目的之二在于提供一种石墨烯/硫化铅红外探测器的制备方法，通过使用该制备方法，能得到致密、平整、均匀的高质量硫化铅纳米晶薄膜层，最终实现高响应度的红外探测器。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种石墨烯/硫化铅红外探测器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)制备石墨烯薄膜并将其转移至洁净的衬底上；

(2)在石墨烯薄膜表面沉积金属并图形化，形成金属电极；