[发明专利]用于红外光电的铅盐薄膜结构及其制备方法

说明书

本发明属于光电子器件领域，具体涉及一种用于红外光电的复合结构铅盐薄膜及其制备方法。基底、物理气相沉积法制备的铅盐晶粒层、化学法制备的小晶粒铅盐；所述铅盐晶粒层覆在所述基底上，铅盐晶粒之间存在缝隙；所述小晶粒铅盐嵌入所述缝隙之中；所述铅盐薄膜为硫化铅或硒化铅；所述基底为石英衬底或蓝宝石衬底或含氧化层硅片；所述制备方法是通过物理气相沉积法及化学法相结合而制成。本发明提供的复合结构铅盐薄膜结构更加致密，均匀性高；退火处理后的复合结构铅盐薄膜作为光电探测器噪声小，比探测率高，制备方法耗时短，工艺简单。

技术领域

本发明属于光电子器件领域，具体涉及一种复合结构铅盐薄膜及其制备方法。

背景技术

光电探测器是将光信号转为电信号的一种电子器件，在人眼不可见的紫外和红外波段，以及人力无法企及的如夜间暗场、高温高危环境、不间断监视等场合和场景中具有重要的应用。红外探测器实现红外波段的光电探测，目前有光子型和光热型两种原理。光子型红外探测器响应速度快，光热型红外探测器响应波段宽，各具优点。

铅盐(PbS/PbSe)作为一种具有NaCl结构的窄禁带半导体材料，具有良好的光电效应、量子效率高、噪声低等优点，因此被广泛用于制造红外探测器、光发射器、太阳能电池等半导体器件。红外辐射下，铅盐薄膜电导率发生变化，产生光电流，从而实现红外探测。其中尤其是硒化铅薄膜使用甚广，硒化铅探测器的优势在于室温工作，尤其是西班牙Centro deInvestigacio′ny Desarrollo de la Armada实现硒化铅阵列相机以后，红外探测领域科学家对它的热情被再次点燃。

随着近年来薄膜材料的广泛研究与应用，关于铅盐薄膜材料的制备研究已有不少报道，其制备工艺主要有化学浴沉积法、电化学沉积法、真空蒸镀法、溅射沉积法和原子层沉积法等。目前用于红外探测的铅盐薄膜主要通过两种途径制备，一是化学水浴法，如参考文献J.Electrochem.Soc.1980,Volume 127,Issue 2,Pages 277-283；二是通过物理气相沉积法，如参考文献Thin Solid Films 317,(1998),Page 425–428。以上两种方法均以实现硒化铅光电探测器的产业化。我国在硒化铅探测器的研究上已有相关自主产权，如CN200610156551.2司俊杰发明的“制备红外探测器光敏铅盐薄膜的方法”，以及CN201510199477.1原子健发明的“一种中红外探测器及其制备方法”。

然而，在制备铅盐红外相机的发展过程中，目前的铅盐材料制备方法上仍然有着较大的瓶颈：1、气相沉积法可以制备较大面积的铅盐薄膜，但其材料结构疏松，使得光电器件噪声高，比探测率低；2、化学水浴法制备的铅盐结构致密，但是需要将基底较长时间浸泡于酸/碱性溶液中，且薄膜均匀性难以控制，这对带读出电路的芯片制造极为不利。

因此，本发明针对以上制备方法的局限，提出物理气相沉积和化学水浴法相结合的方法，获得大面积且结构致密的铅盐薄膜。本发明同单纯气相沉积法制备的铅盐薄膜相比，结构更加致密，电信号噪声更小；又克服了单纯水浴法铅盐薄膜生长耗时长，制备均匀性较低的缺点。因此，利用本发明的光敏薄膜在制造高性能的室温型硫化铅或硒化铅红外阵列相机方面极具潜力。根据之前的调查，尚未找到相关文献公开利用物理气相沉积和化学水浴法相结合的方法进行制备铅盐薄膜。

发明内容

有鉴于此，本发明目的在于提供一种复合结构铅盐薄膜。该复合结构铅盐薄膜由比较疏松的晶体结构与小颗粒晶体结构相互镶嵌而成，结构致密，致使电信号噪声更小，均匀性较高。

所述铅盐晶粒层覆在所述基底上，铅盐晶粒之间存在缝隙；

所述小晶粒铅盐嵌入所述缝隙之中；

所述铅盐为硫化铅或硒化铅；

所述基底为石英衬底或蓝宝石衬底或含氧化层硅片。

进一步，所述复合结构铅盐薄膜还包括钝化层，由硫化锌、二氧化硅、氟化硅中的一种制备而成；所述钝化层与所述铅盐晶粒层贴合。