[发明专利]一种自驱动薄膜光电探测器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种自驱动薄膜光电探测器及其制备方法，方法包括步骤：提供衬底；在衬底上形成铜锌锡硫前驱体膜，对铜锌锡硫前驱体膜进行过饱和硒化处理，得到铜锌锡硫硒吸收层；采用化学水浴法在铜锌锡硫硒吸收层上沉积硫化镉缓冲层；采用磁控溅射法在硫化镉缓冲层上沉积氧化铟锡窗口层，热蒸发银电极，得到自驱动薄膜光电探测器。本发明通过采用溶液旋涂法和过饱和硒化处理制得了微米级晶粒紧密堆积且高载流子迁移率方向择优取向生长的高质量铜锌锡硫硒吸收层薄膜，并且由于铜锌锡硫硒吸收层薄膜具有择优取向的原子排列，减少了铜和锌的反位缺陷，使得深能级缺陷密度明显降低，复合中心较浅，有利于减少光生载流子复合，提升载流子寿命。

技术领域

本发明涉及光电材料技术领域，尤其涉及一种自驱动薄膜光电探测器及其制备方法。

背景技术

光电探测器可以将光信号转换为电信号，是现代信息处理系统的基本组成元素，并已广泛应用于光纤通信、摄影成像、图像识别以及国防技术等领域。光电转换过程包括一系列综合的物理现象，例如光吸收、载流子激发、热载流子弛豫、电荷转移和复合。过去，InGaAs、Si、Ge和其他传统块状半导体材料在光电探测器领域占主导地位，这些种类的光电探测器有着较好的性能。然而，目前多数光电探测器需要施加外部偏压作为驱动力，以防止光生电子-空穴对的复合，这会产生较大的暗电流，带来应用空间及使用期限的挑战。而光伏型光电探测器可基于光生伏特效应实现自驱动工作，在功能纳米系统、弱光探测、光波通讯、人工视觉、成像芯片及环境监测等方面呈现应用潜力。为了实现可见光到近红外区域的宽谱光探测，并实现环境友好，廉价且高效稳定的应用需求，兼具薄膜特性的自驱动薄膜光电探测器逐渐成为研究热点。其中，半导体铜锌锡硫硒(CZTSSe)凭借原材料储量丰富、绿色低毒、易于制备、理想带隙匹配高吸光系数、优异的光电性能等优势，在新型高性能薄膜光电探测器研究领域引起关注。

目前，CZTSSe/IP n-Si、CZTSSe/MoS₂等自驱动薄膜光电探测器已获得研究报道。器件探测度稳步提升至2.04×10¹¹Jones、响应时间从几十毫秒提升至几十微秒。然而，与研究相对成熟的PbS，钙钛矿等高性能自驱动光电探测器相比，在响应度、探测度及响应速度上仍存在很大差距。综合分析，高质量CZTSSe薄膜的可控制备、p-n结界面能带匹配及界面缺陷调控等关键科学问题亟需解决。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种自驱动薄膜光电探测器及其制备方法，旨在解决现有自驱动薄膜光电探测器响应度和响应速度较差的问题。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

一种自驱动薄膜光电探测器的制备方法，其中，包括步骤：

提供衬底；

在所述衬底上形成铜锌锡硫前驱体膜，对所述铜锌锡硫前驱体膜进行过饱和硒化处理，得到铜锌锡硫硒吸收层；

采用化学水浴法在所述铜锌锡硫硒吸收层上沉积硫化镉缓冲层；

采用磁控溅射法在所述硫化镉缓冲层上沉积氧化铟锡窗口层，在所述氧化铟锡窗口层上热蒸发银电极，得到所述自驱动薄膜光电探测器。

所述的自驱动薄膜光电探测器的制备方法，其中，所述在所述衬底上形成铜锌锡硫前驱体膜的步骤，具体包括：

提供铜锌锡硫前驱体溶液；

将所述衬底加热至预设温度，将所述铜锌锡硫前驱体溶液在所述衬底上旋涂6-10次，得到铜锌锡硫前驱体膜。

所述的自驱动薄膜光电探测器的制备方法，其中，所述预设温度为260～280℃。