[发明专利]基于带内跃迁的PbSe量子点中长波红外光电探测器及其制作方法

说明书

本发明公开了基于带内跃迁的PbSe量子点中长波红外光电探测器及其制作方法，PbSe纳米品体胶体表现出良好的激子结构，能量激子调谐从0.5到1eV，这是尺寸的函数。带边荧光从1.2到24m观察到，斯托克斯位移小，亚ns寿命，接近统一量子产额。在1.064nm泵浦时，第一激子衰减与低泵浦强度下的辐射弛豫和较高泵浦强度下的俄歇复合一致。在大约中隙处观察到光学诱导吸收。硒化铅(PbSe)量子点具有宽红外光谱调控范围、高荧光量子产率和可溶液加工等特点,壳层的包覆是有效提升PbSe量子点光学特性和化学稳定性的策略之一,是推动PbSe量子点应用发展的研究方向。本发明设计的PbSe核壳量子点在光电探测﹑太阳能电池、激光器和光催化等领域具有很高的应用价值。

技术领域

本发明涉及半导体胶体量子点技术领域，特指一种基于带内跃迁的PbSe量子点中长波红外光电探测器及其制作方法。

背景技术

IV-VI族的化合物是在20世纪30年代开始被人们关注并研究的，而且被应用于军工领域，一直到20世纪50年代人们开始大量研究PbSe和PbTe等基本物理性。IV-VI族化合物中研究比较多的材料有PbSe、PbS和PbTe等，它们均是一类窄带隙的半导体，主要应用于太阳能电池研究和中红外探测器器件中。该装置成本低、结构简单、光电转换效率高，对实现光导型红外探测器电子器件商业化应用具有重要作用。不过，IV-VI族半导体缺点(比如力学性能较差，热导系数较低等)这些因素限制了基于该类半导体制备的红外探测器器件的研究进程。这些缺点可以通过开发量子点结构或利用其他效用(能带结构和异质结界面光学性质等)来进行补偿，以改善器件性能。

1969年，Besson等人制得了输出波长为8～22μm的PbSe激光器。Lipovskii等人在I997年第一次报道了在硝酸盐玻璃上制备PbSe量子点薄膜。同一时期，IBM的Murray等人提出用热注入法生长PbSe胶体量子点的合成方法,他们成功制备了直径1～l5nm且尺寸分布5％的PbSe圆形胶体量子点。接着Nozik和Bawendi等研究组各自在PbSe胶体量子点的研究中作出了相应的贡献。2005年，Talapin与Mumay共同合作在Science发表了成功制备n沟道和p沟道的场效应晶体管，将PbSe胶体量子点的研究推向高潮。

在光电应用中，半导体胶体量子点作为纳米量级的材料确实吸引了很多研究者的关注。我们经常提到的纳米量级半导体材料是II～VI族材料。如CdS、CdSe。然而人们通过研究发现，相比II～VI族材料材料，IV-VI族的PbS、PbSe具有更强的量子限域效应，而且其对近红外的光谢响应也很好。比如说，PbSe量子点的空穴半径和电子半径都在10nm左右，比CdSe的电子半径和空穴半径要大，所以在PbSe中空穴和电子的量子限域效应更明显。半导体量子点的光电性能也会因为量子限域效应的增强而有所提升。

PbSe胶体量子点可以将器忤对光的吸收范围扩大到近红外和中红外区域，PbSe胶体量子点具有良好的光电特性、较高的载流子迁移率，并且还可以通过控制反应条忤来控制它的粒径大小，从而实现PbSe量子点对不同被段光的吸收。将PbSe作为有源层制备红外光电探测器，为以后的应用提供了更为广泛的选择空间。PbSe和PbTe的电学性质类似于V族的电学性质，与金属电阻率特性相同，即电阻值随着温度降低而减小，这与一般半导体的性质相反。图1为PbSe量子点分子结构图(本结构图来源于美国矿物晶体结构数据库):其中黑色的原子为Se原子，黄色的原子为Pb，图2为PbSe量子点平面图。

发明内容

本发明的目的在于提供一种PbSe量子点中长波红外光电探测器及其制作方法，如图1-10所示，所采用的技术方案为：PbSe量子点中长波红外光电探测器为一种具有电致变色特性的双层栅介质薄膜晶体管，该晶体管由下至上包括：透明基底材料层、透明导电层、二氧化硅质子导体栅绝缘层、氧化钨质子导体栅绝缘层、沟道层及源电极和漏电极；透明导电层上依次设有作为质子存储层的二氧化硅质子导体栅绝缘层和发生电致变色的氧化钨质子导体栅绝缘层；氧化钨层上设有沟道层；沟道层上设有源电极和漏电极。