[发明专利]一种铅盐红外探测器芯片结构及其制备方法

说明书

本发明涉及红外探测器芯片，特指一种铅盐红外探测器芯片结构及其制备方法。所述铅盐红外探测器芯片结构从下至上包括图形化衬底、铅盐化合物薄膜、钝化层和金属电极层；采用衬底预处理方式获得图形化衬底，然后在图形化衬底上通过化学沉积或者物理沉积等方法沉积铅盐薄膜；在图形化衬底上获得的铅盐薄膜表面会继承衬底上图形，从而获得表面粗化的铅盐薄膜。整个制备工艺简单、易控，制备装置简单、成本低廉，适用于批量化生产制造。

技术领域

本发明涉及红外探测器芯片，特指一种铅盐红外探测器芯片结构及其制备方法，具体涉及了一种铅盐芯片表面粗化及制作方法。

背景技术

以PbS、PbSe、PbTe等为代表的铅盐化合物是一种重要半导体材料。与其它半导体材料相比，铅盐化合物半导体具有独特的性质，如具有小的直接带隙能，较大的激子玻尔半径及较大的非线性光学系数等，这些性质使得铅盐在近红外区域有较强的响应，得到了广泛的关注。在非线性光学装置、红外光学探测器、柔性太阳能电池和显示等方面得到广泛应用。以铅盐化合物半导体材料制成的薄膜型本征红外光导探测器由于性能优良、结构牢靠，且制造工艺简便，能做成单元、多元与镶嵌阵列，探测率高被广泛用于军事和民用工业中，具有不可替代的作用。

近年来，针对高质量、高性能铅盐薄膜的需求，各种新颖的制备方法及措施屡见报道，如化学浴沉积法(CBD)、电化学沉积法(ECD)、溶胶-凝胶法(SGM)等。其中CBD法相比其它方法而言，具有设备简单、成本低、易操控，能够制备大面积质量均匀的薄膜，成膜结晶良好且为(200)择优取向的立方结构等优点备受研究者的青睐。铅盐红外探测器工作原理是接收光能并将其转化为电能，通过在基底(例如玻璃、陶瓷及硅等)上沉积铅盐薄膜(PbS、PbSe、PbTe等)来制备铅盐光导探测器。由于铅盐化合物折射率较大(PbS折射率3.9)，而空气折射率为1，两者之间折射率相差较大，所以铅盐化合物薄膜与空间界面上存在较严重的全反射现象，导致入射的光线仅有少部分可以被铅盐薄膜吸收，严重限制铅盐红外探测器的灵敏度。

铅盐红外探测器的灵敏度特性与铅盐薄膜表面微结构密切相关，而铅盐红外探测器芯片的制备工艺直接影响薄膜表面微结构。国内外关于铅盐薄膜制备方法的报道中，极少涉及到制备工艺对薄膜表面微结构和红外探测器灵敏度的影响。如E.M.Larramendi等人(Larramendi E M,Calzadilla O,A González-Arias,et al.Thin Solid Films,2001,389(1-2):301-306.)用CBD法在玻璃基片上制备PbS薄膜，研究了溶液中Br^-1离子对薄膜表面形貌及器件光敏性的影响；J.Puiso等人(Puiso J,Tamulevicius S,Laukaitis G.ThinSolid Films,2002,403:457-461.)用连续离子层吸附反应(SILAR)在Si基片上制备PbS薄膜，对薄膜的晶型、晶粒尺寸、微结构、粗糙度与原子组成进行了详细研究。国内司俊杰等人(司俊杰，万海林，陈湘伟，陈凤金，黄战利，张庆军，孙维国.红外技术，2007(03):143-146.)通过优化沉淀方法、敏化过程，改善了PbS薄膜成分、形貌的均匀性和探测器的光电响应度。从上面分析可知，影响薄膜材料性能的因素有很多，其中样品的微观结构和表面形貌特征对薄膜的吸收特性和电学性质的影响是不容忽视的。因此，有必要寻求一种铅盐红外探测器芯片的表面粗化结构或工艺，该结构或工艺要求能有效减少或降低全反射现象，进而提高探测器响应灵敏度，同时制备过程可控且制备工艺简单可进一步降低制造成本。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供铅盐红外探测器芯片结构及其制备方法，所制备出的铅盐红外探测器芯片表面具有纳米级微尺寸结构，得到的纳米级微尺寸粗化表面可有效减少或避免全反射现象，具有较好的均匀性和光敏特性。整个制备工艺简单、易控，制备装置简单、成本低廉，适用于批量化生产制造。

本发明所述的纳米级微尺寸粗化表面是指采用衬底预处理方式获得图形化衬底，然后在图形化衬底上通过化学沉积或者物理沉积等方法沉积铅盐薄膜；在图形化衬底上获得的铅盐薄膜表面会继承衬底上图形，从而获得表面粗化的铅盐薄膜。