一種砷化鎵量子點增強的紅外探測器及其製備方法與流程
2023-05-29 04:08:46 1
本發明涉及一種新型紅外探測器及其製造方法，尤其涉及砷化鎵量子點增強的石墨烯/碲鎘汞紅外探測器及其製備方法，屬於紅外探測器技術領域。
背景技術：
光電探測器是指由輻射引起被照射材料電導率改變的一種物理現象。光電探測器在軍事和國民經濟的各個領域有廣泛用途。在可見光或近紅外波段主要用於射線測量和探測、工業自動控制、光度計量等；在紅外波段主要用於飛彈制導、紅外熱成像、紅外遙感等方面。
光電探測器能把光信號轉換為電信號。根據器件對輻射響應的方式不同或者說器件工作的機理不同，光電探測器可分為兩大類：一類是光子探測器；另一類是熱探測器。根據器件結構可以分為光電導型和結型光電探測器。光電導性是由於光子在半導體中被吸收時，產生可移動的載流子所造成的。目前納米半導體光電探測器大多都是基於光電導型結構，由於電極間的載流子傳輸時間的限制，其速度、響應時間等性能都較差。光電探測器的響應速度決定了其跟隨光學信號快速轉換的能力，在光波通訊及光通訊中有著極其重要的作用。較慢的響應速度將嚴重限制了光電探測器在光電器件集成電路中的應用。
自石墨烯材料發現以來，其在電學、光學、磁學以及力學方面表現出的優異性質如極高的載流子遷移率、高透光新、高的楊氏模量等引發了石墨烯在諸多領域應用的憧憬。其中石墨烯在紅外探測器領域的應用研究為石墨烯在能源領域的應用打開了大門。目前，已有研究者利用石墨烯以及碲鎘汞做成紅外探測器，且在很大程度上簡化了傳統紅外探測器製造工藝，可以大大降低生產製造成本。對於紅外探測器應用來說，碲鎘汞具有較合適的禁帶寬度，也是直接帶隙材料，預期可以獲得更高的轉化效率。石墨烯/碲鎘汞紅外探測器的研究到目前為止還未有報導，在此基礎上，本發明提出了砷化鎵量子點增強的石墨烯/碲鎘汞紅外探測器，砷化鎵量子點薄膜層的加入可以大大提升石墨烯/碲鎘汞紅外探測器的轉化效率。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種光轉化效率高且製備工藝簡單的砷化鎵量子點增強的石墨烯/碲鎘汞紅外探測器及其製備方法。
本發明的砷化鎵量子點增強的石墨烯/碲鎘汞紅外探測器，自下而上依次有襯底、導電鍍膜層、碲鎘汞層、石墨烯層及砷化鎵量子點層，所述的紅外探測器還設有第一電極和第二電極，第一電極設置在導電鍍膜層上，第二電極設置在石墨烯層上。
所述的導電鍍膜層可以為金屬、ITO、FTO、n型摻雜砷化鎵或p型摻雜砷化鎵。
所述的石墨烯層中的石墨烯通常為1-10層。
所述的砷化鎵量子點層可以為砷化鎵量子點薄膜，所述的砷化鎵量子點直徑為1nm-1μm。
所述的襯底可以為剛性襯底或柔性襯底。
所述的第一電極和第二電極均可為金、鈀、銀、鈦、鉻和鎳中的一種或幾種的複合電極。
製備上述的砷化鎵量子點增強的石墨烯/碲鎘汞紅外探測器的方法，包括如下步驟：
1)在潔淨的襯底上生長導電鍍膜層；
2)在導電鍍膜層上沉積碲鎘汞層，並在導電鍍膜層表面預留生長第一電極的面積；
3)將硼摻雜石墨烯轉移至碲鎘汞層上；
4)在石墨烯層上製作砷化鎵量子點層，並在石墨烯層表面預留生長第二電極的面積；
5)在導電鍍膜層上沉積第一電極，並在石墨烯層上沉積第二電極。
本發明與現有技術相比具有的有益效果是：本發明的砷化鎵量子點增強的石墨烯/碲鎘汞紅外探測器，通過向石墨烯/碲鎘汞紅外探測器中加入砷化鎵量子點薄膜層，可起到光摻雜作用，使得該紅外探測器的光電轉化效率在原基礎上提升15％左右，此外，與傳統紅外探測器製造工藝相比，本發明的紅外探測器的製備工藝簡單，成本較低，便於推廣。
附圖說明
圖1圖1為砷化鎵量子點增強的石墨烯/碲鎘汞紅外探測器的結構示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施例對本發明做進一步說明。
參照圖1，本發明的砷化鎵量子點增強的石墨烯/碲鎘汞紅外探測器自下而上依次有襯底1、導電鍍膜層2、碲鎘汞層3、石墨烯層4及砷化鎵量子點層6，所述的紅外探測器還設有第一電極5和第二電極7，第一電極5設置在導電鍍膜層2上，第二電極7設置在石墨烯層4上。
實施例1：
1)將聚醯亞胺柔性襯底在去離子水中清洗乾淨並吹乾；
2)在聚醯亞胺柔性襯底上利用磁控濺射沉積40納米厚的摻銦氧化錫；
3)在摻銦氧化錫層上利用物理氣相沉積技術沉積6微米厚的碲鎘汞層，並在ITO層上預留生長第一電極的面積；
4)將單層石墨烯轉移至碲鎘汞層上；
5)在石墨烯上旋塗砷化鎵量子點溶液，並在石墨烯上預留生長第二電極的面積；所述砷化鎵量子點直徑為1nm-1μm；
6)在石墨烯預留面積處以及ITO層上預留面積處塗覆銀漿並烘乾；得到砷化鎵量子點增強的石墨烯/碲鎘汞紅外探測器。
紅外照射情況下在砷化鎵量子點和碲鎘汞層中產生的電子均向石墨烯中注入，而碲鎘汞層收集空穴，從而產生電勢差，由於砷化鎵量子點層的光摻雜作用可顯著提高紅外探測器的光電轉化效率。
實施例2：
1)將玻璃襯底在去離子水中清洗乾淨並吹乾；
2)在玻璃襯底上利用磁控濺射沉積200納米厚的摻氟氧化錫；
3)在摻氟氧化錫層上利用物理氣相沉積技術沉積8微米厚的碲鎘汞層，並在FTO層上預留生長第一電極的面積；
4)將三層石墨烯轉移至碲鎘汞層上；
5)在石墨烯上噴塗砷化鎵量子點溶液，並在石墨烯層上預留生長第二電極的面積；所述砷化鎵量子點直徑為1nm-1μm；
6)在石墨烯層預留面積處以及摻氟氧化錫層上預留面積處熱蒸發金電極；得到砷化鎵量子點增強的石墨烯/碲鎘汞紅外探測器。
實施例3：
1)將陶瓷襯底在去離子水中清洗乾淨並吹乾；
2)在陶瓷襯底上利用電子束蒸發沉積60納米厚的鎳金屬；
3)在鎳金屬層上利用化學水浴法沉積5微米厚的碲鎘汞層，並在鎳金屬層上預留生長第一電極的面積；
4)將10層石墨烯轉移至碲鎘汞層上；
5)在石墨烯上製備砷化鎵量子點薄膜，並在石墨烯層上預留生長第二電極的面積；
6)在石墨烯層預留面積處以及鎳金屬層上預留面積處絲網印刷銀電極；得到砷化鎵量子點增強的石墨烯/碲鎘汞紅外探測器。
實施例4：
1)將陶瓷襯底在去離子水中清洗乾淨並烘乾；
2)在陶瓷襯底上利用電子束蒸發沉積60納米厚的鎳金屬；
3)在鎳金屬層上利用化學水浴法沉積5微米厚的碲鎘汞層，並在鎳金屬層上預留生長第一電極的面積；
4)將10層石墨烯轉移至碲鎘汞層上；
5)在石墨烯上滴塗砷化鎵量子點溶液，並在石墨烯層上預留生長第二電極的面積；所述砷化鎵量子點直徑為1nm-1μm；
6)在石墨烯上預留面積處以及鎳金屬層上預留面積處絲網印刷銀電極；得到砷化鎵量子點增強的石墨烯/碲鎘汞紅外探測器。
實施例5：
1)將聚對苯二甲酸乙二醇酯襯底在去離子水中清洗乾淨並吹乾；
2)在聚對苯二甲酸乙二醇酯襯底上利用脈衝雷射沉積100納米厚的摻鋁砷化鎵；
3)在摻鋁砷化鎵層上利用蒸汽壓沉積技術沉積10微米厚的碲鎘汞層，並在摻鋁砷化鎵上預留生長第一電極的面積；
4)將8層石墨烯轉移至碲鎘汞層上；
5)在石墨烯上旋塗砷化鎵量子點溶液，並在石墨烯層上預留生長第二電極的面積；所述砷化鎵量子點直徑為1nm-1μm；
6)在石墨烯層預留面積處以及摻鋁砷化鎵層預留面積處熱蒸發鈀、銀、鈦複合電極；得到砷化鎵量子點增強的石墨烯/碲鎘汞紅外探測器。
實施例6：
1)將碳化矽襯底在去離子水中清洗乾淨並吹乾；
2)在碳化矽襯底上利用金屬有機化學氣相沉積150納米厚的摻鋁砷化鎵；
3)在摻鋁砷化鎵層上利用蒸汽壓沉積技術沉積3微米厚的碲鎘汞層，並在摻鋁砷化鎵層上預留生長第一電極的面積；
4)將6層石墨烯轉移至碲鎘汞層上；
5)在石墨烯上製備砷化鎵量子點薄膜，並在石墨烯層上預留生長第二電極的面積；
6)在石墨烯層預留面積處以及摻鋁砷化鎵層預留面積處熱蒸發鉻、鎳複合電極；得到砷化鎵量子點增強的石墨烯/碲鎘汞紅外探測器。