CN111916512A - 红外探测器、红外成像仪及红外探测器的制备方法 - Google Patents

红外探测器、红外成像仪及红外探测器的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供了一种红外探测器、红外成像仪及红外探测器的制备方法，红外探测器包括：衬底层，衬底层可透过预设的红外辐射波段的红外辐射；形成在衬底层上的第一电极层；形成在第一电极层上的一个红外探测单元或者间隔设置的至少两个红外探测单元，所述红外探测单元包括形成在第一电极层上的红外吸收层、形成在红外吸收层上的第二电极层，其中，红外吸收层中设有预设数量的胶体量子点。该红外探测器的制备工艺简单、成本低廉，并且完全不受外延设备的限制，可根据需求制备多种尺寸的红外吸收层，使得所述红外探测器可探测的红外辐射的波长灵活可调，通用性强。

Description

红外探测器、红外成像仪及红外探测器的制备方法
技术领域
本发明涉及红外探测设备制造技术领域，尤其涉及一种红外探测器、红外成像仪及红外探测器的制备方法。
背景技术
红外探测器包括可探测红外波段范围不同的多种类型，例如，目前对于可探测中长波波段(如：3～5μm和8～14μm)的红外探测器通常采用窄带隙的碲镉汞材料/固体半导体外延量子阱/固体半导体外延量子点等制备。制备出的探测器件中，碲镉汞红外探测器件成本高昂且均匀性较差。而量子阱红外探测器或外延量子点红外探测器件的红外吸收材料需要用分子束外延或者化学气相沉积等复杂的技术来制备合成，制备工艺复杂；并且，分子束外延需要高真空或者超高真空环境，导致该种红外吸收材料的制备成本非常高昂；另外，由于受外延设备的限制，该种红外吸收材料的制备尺寸非常有限，同时其所能探测波长的可调节性差。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明实施例提供了一种红外探测器、红外成像仪及红外探测器的制备方法。
第一方面，本发明实施例提供了一种红外探测器，包括：
衬底层，所述衬底层可透过预设的红外辐射波段的红外辐射；
形成在所述衬底层上的第一电极层；
形成在所述第一电极层上的一个红外探测单元或者间隔设置的至少两个红外探测单元，所述红外探测单元包括形成在所述第一电极层上的红外吸收层、形成在所述红外吸收层上的第二电极层，
其中，所述红外吸收层中设有预设数量的胶体量子点。
进一步地，所述胶体量子点形成的导带或价带内部的子能级的基态和第一激发态之间的能量间距对应所述红外辐射波段，且所述胶体量子点的费米能级位于基态能级和第一激发态能级之间。
进一步地，该红外探测器中至少两个红外探测单元间隔预定距离设置，所述预定距离为1～100μm。
进一步地，该红外探测器中至少两个红外探测单元呈一维线列排布，或者，至少两个所述红外探测单元呈二维阵列排布。
进一步地，该红外探测器的红外吸收层中胶体量子点为硫化铅量子点或硒化铅量子点。
进一步地，该红外探测器的红外吸收层的厚度为50nm～10μm。
第二方面，本发明实施例还提供了一种红外成像仪，包括：上述第一方面所述的红外探测器。
第三方面，本发明实施例还提供了一种红外探测器的制备方法，包括：
提供衬底层，所述衬底层可透过预设的红外辐射波段的红外辐射；
在所述衬底层上通过沉积或溅射形成第一电极层；
在所述第一电极层上形成红外吸收层，所述红外吸收层中设有预设数量的胶体量子点；
在所述红外吸收层上通过沉积形成第二电极层。
进一步地，所述胶体量子点形成的导带或价带内部的子能级的基态和第一激发态之间的能量间距对应所述红外辐射波段，且所述胶体量子点的费米能级位于基态能级和第一激发态能级之间。
进一步地，上述红外探测器的制备方法还包括：
在第二电极层和所述红外吸收层上进行光刻腐蚀处理，以使各所述第二电极层和各所述红外吸收层形成间隔设置的至少两个红外探测单元。
本发明实施例提供了一种红外探测器、红外成像仪及红外探测器的制备方法，所述红外探测器采用了带内跃迁性能好的胶体量子点构成的红外吸收层，来进行红外辐射的探测，能够有效吸收预设的红外辐射波段的红外辐射以完成中长波红外辐射的探测，所述红外探测器的制备工艺简单、成本低廉，并且完全不受外延设备的限制，可根据需求制备多种尺寸的红外吸收层，使得所述红外探测器可探测的红外辐射的波长灵活可调，通用性强。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种红外探测器的第一种结构的正视图；
图2为图1所示红外探测器的立体结构图；
图3为图1所示红外探测器的俯视图；
图4为本发明实施例提供的一种红外探测器的第二种结构的正视图；
图5为图4所示红外探测器的立体结构图；
图6为图4所示红外探测器的俯视图；
图7为本发明实施例提供的另一红外探测器的至少两个红外探测单元的线列排布图；
图8为本发明实施例提供的另一红外探测器的至少两个红外探测单元的阵列排布图；
图9为本发明实施例提供的又一红外探测器的至少两个红外探测单元的线列排布图；
图10为本发明实施例提供的又一红外探测器的至少两个红外探测单元的阵列排布图；
图11为本发明实施例提供的一种红外探测器制备方法的流程图。
图示标记：
1：衬底层；2：第一电极层；3：红外吸收层；4：第二电极层。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
第一方面，本发明实施例提供红外探测器，图1为本发明实施例提供的一种红外探测器的第一种结构的正视图，图2为图1所示红外探测器的立体结构图，图3为图1所示红外探测器的俯视图，图4为本发明实施例提供的一种红外探测器的第二种结构的正视图，图5为图4所示红外探测器的立体结构图，图6为图4所示红外探测器的俯视图，如图1-6所示，该红外探测器包括：衬底层1、第一电极层2、一个红外探测单元或者间隔设置的至少两个红外探测单元，所述红外探测单元包括红外吸收层3、第二电极层4。
其中，衬底层1可透过预设的红外辐射波段的红外辐射；第一电极层2形成在所述衬底层1上；一个红外探测单元或者间隔设置的至少两个红外探测单元形成在所述第一电极层2上，具体为，红外吸收层3形成在第一电极层2上，第二电极层4形成在所述红外吸收层3上，且第二电极层4和第一电极层均可以选用可透过所述红外辐射波段红外辐射的材料，并且，其中的所述红外吸收层3中设有预设数量的胶体量子点，具体数量根据实际需求进行设置。
所述衬底层1可透过预设的红外辐射波段的红外辐射，换言之，所述衬底层1选择的材料对红外探测器欲探测波段的红外辐射透明，具体可以采用如石英玻璃、透明导电玻璃、柔性透明材料等任何对欲探测波段的红外辐射透明的材料，例如采用氧化铟锡(Indiumtin oxide，简称ITO)、铝掺杂的氧化锌(Al-ZnO)材料的透明导电玻璃等等，此处不做具体限制。另一方面，所述衬底层1是红外探测器中的承载体，其材料还需要能够起到支撑作用以支撑衬底层1上方的各种结构，所以在选择衬底层1的材料时可以兼顾上述两方面因素进行选择。并且，衬底层1上还可以通过加工适当的光学结构或者涂覆特定的光学薄膜，来增强红外探测器对红外辐射的吸收能力。
形成在所述第一电极层2上的一个红外探测单元或者间隔设置的至少两个红外探测单元，具体可以理解为，红外探测器中的一个所述红外探测单元(包括红外吸收层3和第二电极层4)与其正下方对应的衬底层1和第一电极层2共同组成一个单像元结构(即N像元，N＝1；像元结构也可称薄膜结构)，而红外探测器包括至少两个红外探测单元时，对应地，所述红外探测器包括多个单像元结构，从而构成一个多像元结构(即N像元，N>1；像元结构也可称薄膜结构)，所述多像元结构中的各个红外探测单元之间，具体是各个红外吸收层3之间或各个第二电极层4之间，进行间隔设置，而多像元结构中的各个红外探测单元之间的各个衬底层1之间或各个第一电极层2之间为不间隔的直接连接，形状设计类似于两层台阶结构，下层的大台阶(包括衬底层1和第一电极层2)和大台阶之间均相互连接，而上层的小台阶(包括红外吸收层3和第二电极层4)和小台阶之间均相互间隔。甚至所有单像元结构的所有衬底层1或所有第一电极层2还可以采用一体成型设计。
图1-3与图4-6分别展示的红外探测器的两种结构的区别在于第二种结构中的红外吸收层3和第二电极层4的各横向尺寸均短于衬底层1和第一电极层2的各横向尺寸，该设计的作用在于当红外探测器为多像元结构时，实现各像元结构之间，具体体现为各红外吸收层3之间和各第二电极层4之间的间隔设置，或者直接说是各红外探测单元之间的间隔设置，即形成两层台阶结构的上层小台阶之间的间隔设计，以最终形成多像素的探测器阵列。
所述第二电极层4可透过所述红外辐射波段的红外辐射，该第二电极层4和第一电极层2均可以采用与衬底层1一致的材料，如透明导电玻璃、柔性透明材料等任何对欲探测波段的红外辐射透明的导电材料，例如采用氧化铟锡(Indium tin oxide，简称ITO)、铝掺杂的氧化锌(Al-ZnO)材料的透明导电玻璃等等。当然，在某些情况时，所述第二电极层4还可以采用不阻挡红外吸收层3对红外辐射的有效吸收的金(Au)或者银(Ag)等材料。所述第二电极层4与所述第一电极层2共同用于连接外部偏置电压以使外部偏置电压加在红外吸收层3上，并在外部的偏置电压提供的偏压下，将红外吸收层3吸收红外辐射而形成的光电子导引出来形成光电信号，所述光电信号可以作为探测过程中对所对应红外辐射的强度进行判断的依据。
所述红外吸收层3是由预设数量的胶体量子点组成的，通常是由大量的胶体量子点组成的，具体数量根据实际需求设置，比如依据胶体量子点化学性能和预想的红外辐射探测波段综合确定出大量胶体量子点的预设铺设规律，按照预设铺设规律来铺设预设数量的胶体量子点，以实现对相应红外辐射波段的探测。
在上述实施例的基础上，所述胶体量子点形成的导带或价带内部的子能级的基态和第一激发态之间的能量间距对应所述红外辐射波段，且通过配体交换使胶体量子点得到重掺杂，所述掺杂既可以是N型掺杂，也可以是P型掺杂，从而使得所述胶体量子点的费米能级位于基态能级和第一激发态能级之间，所述红外吸收层3利用同一条导带内部或同一条价带内部的不同子能级之间进行带内跃迁的原理，来探测预设的红外辐射波段的红外辐射。
可以理解的是，配体交换是指配体交换反应：配位化合物中的配体可被其它配体所取代，称为配体交换反应，一般反应机理为亲核取代反应。
下面以胶体量子点采用硫化铅量子点为例，说明一下包含硫化铅量子点的红外吸收层的制备和掺杂过程：具体来说，硫化铅量子点可以通过化学合成法制备。例如，可以将5克高纯一氧化铅(PbO)、500毫升90％纯度的1-十八烯(ODE)和38毫升90％纯度的油酸(OA)置于3颈圆底烧瓶中，并在90摄氏度的真空环境下脱气。然后在氩气下将反应温度升高到95-100摄氏度，并快速注入稀释于30毫升1-十八烯中的600微升六甲基二硅硫烷((TMS)2S)。数分钟后以每分钟7.5毫升的速度滴入融有750微升六甲基二硅硫烷的90毫升1-十八烯溶液。此后对反应进行等分检验，直到获得所需要尺寸胶体量子点，此后便可停止反应，并逐渐冷却。随后，还需要通过用无水丙酮和乙醇将胶体量子点沉淀纯化数次，然后再分散在无水甲苯中。最后，将浓度调节到300毫克/毫升，并向溶液中通入氮气，以最大程度地减少量子点的氧化。
上述制备好的胶体量子点还需要进行掺杂。首先将胶体量子点溶液以2000-3000转/min的速度旋涂在钠钙玻璃基板上，形成薄膜。然后将薄膜用融有碘化锌的3巯基丙酸溶液处理数秒，并再次启动旋涂机进行干燥处理，同时滴入甲醇以除掉多余的配体。对上述过程进行重复，直到获得期望厚度的薄膜。
需要说明的是，上述方式只是一个制备掺杂胶体量子点的具体实施例。本发明所主张的器件工作原理和器件结构，同时适用于其它种类和其它方式制备的胶体量子点。
以导带为例对其具体原理进行说明：预设数量的胶体量子点构成的红外吸收层3本质上成为了一块半导体，该半导体内部形成了导带和价带，并在导带内部和价带内部分别形成了不同的子能级，对于同一导带内部的不同子能级，最低能量的子能级为基态，高能量的子能级为激发态，低能量的子能级和高能量的子能级之间的能量间距与预设的红外辐射波段相对应，且各所述胶体量子点的费米能级位于基态能级和第一激发态能级之间，在红外辐射下，低能量的子能级的基态电子会吸收红外光子并在受到红外光辐射后，越过所述能量间距进入到能量高的子能级中，即跃迁到第一激发态，完成导带内跃迁过程(可简称带内跃迁)，实现对预设的红外辐射波段的红外辐射的探测。价带内跃迁原理与上述导带内跃迁原理相同，因此不再赘述。
上述大量胶体量子点形成的导带或价带内部的子能级的基态和第一激发态之间的能量间距与预设的红外辐射波段之间的对应，可以通过合理设置胶体量子点的尺寸和化学材料组分来实现。当红外探测器为一个单像元结构或其仅包括一个红外探测单元时，还需要合理设置衬底层1、第一电极层2、红外吸收层3和第二电极层4的结构、各边尺寸以及各层的厚度，合理的尺寸及厚度设置可以有效提升整体的探测效率，尤其红外吸收层3的厚度可以直接影响到红外吸收效率。当红外探测器为一个多像元结构或其包括至少两个红外探测单元时，除了考虑上述设置，还需要考虑各个单像元结构的排布方式以及各个红外探测单元之间(各红外探测单元的红外吸收层3之间或各第二电极层4之间)的间隔距离。上述各参量均可以根据实际需求具体设计，此处不作限制。
在具体示例中，当红外探测器为一个单像元结构或其仅包括一个红外探测单元时，例如将所述红外探测器设置为图1-3所示的第一种结构，该红外探测器是一个单像元结构，该单像元结构具体包括由下至上依次形成的衬底层1、第一电极层2、红外吸收层3和第二电极层4，该单像元结构的形状、尺寸和厚度可以根据实际需求进行设定，具体不作限制。此处以正方形形状为例进行说明，将该单像元结构的形状设置为正方形，且将衬底层1、第一电极层2、红外吸收层3和第二电极层4均设置为大小一样的正方形，所述正方形边长为10～100μm，表示取值范围为[10,100]μm，既包括10和100两端点值，又包括两端点之间的值；且该单像元结构中各层的厚度范围可以设定为：所述第一电极层2和所述第二电极层4的厚度分别为50～1000nm，表示取值范围为[50,1000]nm，既包括50和1000两端点值，又包括两端点之间的值；所述红外吸收层3的厚度为50nm～10μm(1μm＝1000nm)，表示取值范围为[50,10000]nm，既包括50和10000两端点值，又包括两端点之间的值；具体地，本实施例中取值分别为：单像元结构设为边长为10μm的正方形形状，且其所述第一电极层2和所述第二电极层4的厚度均设为500nm，所述红外吸收层3的厚度设为1μm，通过图3可以看出，俯视该单像元结构的第一种结构时，由于衬底层1、第一电极层2、红外吸收层3和第二电极层4的形状大小均相同且为正方形，故而俯视图只能看到所述第二电极层4的上表面。
另外，当红外探测器一个多像元结构或其包括间隔设置的至少两个红外探测单元时，将所述红外探测器设置为结合图4-6所示的第二种结构，该红外探测器是由多个单像元结构构成的单像元结构，各单像元结构均包括由下至上依次形成的衬底层1、第一电极层2和红外探测单元，而所述红外探测单元包括红外吸收层3和第二电极层4，即，每个单像元结构均包括由下至上依次形成的衬底层1、第一电极层2、红外吸收层3和第二电极层4，而各单像元结构按照一定规律进行排布以形成多像元结构。该多像元结构的形状、尺寸和厚度可以根据实际需求进行设定，具体不作限制。此处仍以正方形形状为例进行说明，本实施例将该多像元结构中的各单像元结构的形状设置为正方形形状且各单像元结构设为两层台阶结构，即，衬底层1、第一电极层2均为大正方形，所述大正方形边长为10～100μm，表示取值范围为[10,100]μm，既包括10和100两端点值，又包括两端点之间的值；红外吸收层3和第二电极层4均为小正方形，各所述小正方形的边长均比各大正方形的边长短(即第二种结构中的红外吸收层3和第二电极层4的各横向尺寸均短于衬底层1和第一电极层2的各横向尺寸)，从而在多像元结构中，形成各单像元结构之间/各红外探测单元之间/各红外吸收层3之间/各第二电极层4之间的有规律的间隔，即形成两层台阶结构，上层的小台阶的边长均小于下层大台阶的边长，且各间隔距离为1～100μm，表示取值范围为[1,100]μm，既包括1和100两端点值，又包括两端点之间的值。且该多像元结构中各层的厚度范围可以设定为：所述第一电极层2和所述第二电极层4的厚度分别为50～1000nm，表示取值范围为[50,1000]nm，既包括50和1000两端点值，又包括两端点之间的值；所述红外吸收层3的厚度为50nm～10μm(1μm＝1000nm)，表示取值范围为[50,10000]nm，既包括50和10000两端点值，又包括两端点之间的值。本实施例中取值分别为：各单像元结构中的衬底层1、第一电极层2均采用边长为10μm的大正方形形状，红外吸收层3和第二电极层4均采用边长为5μm的小正方形形状，各单像元结构之间的间隔距离为5μm，且各单像元结构中的所述第一电极层2和所述第二电极层4的厚度分别为500nm，所述红外吸收层3的厚度为1μm，通过图6可以看出，俯视该单像元结构的第二种结构时，由于衬底层1、第一电极层2设置为大正方形，而红外吸收层3和第二电极层4的设置为横向尺寸短于大正方形的小正方形，故而俯视图既能看到所述第二电极层4的上表面(图中以小正方形示出)，又能看到所述第一电极层2的部分上表面(图中以小正方形外侧的方环形示出)即俯视两层台阶结构时，可以看到上层小台阶的上表面和下层大台阶的部分表面，而此边长尺寸等的设置是为后续形成多像元结构时，各单像元结构之间的间隔设置进行服务的。
本发明实施例提供的红外探测器，包括：衬底层1、第一电极层2、红外吸收层3、第二电极层4，其中，所述红外吸收层3由大量的带内跃迁性能好的胶体量子点构成，由此，利用该红外吸收层3来进行红外辐射的探测，能够有效吸收预设的红外辐射波段的红外辐射以完成中长波红外辐射的探测，且该红外探测器制备工艺简单、成本低廉，并且完全不受外延设备的限制，可根据需求制备多种尺寸的红外吸收层3，使得所述红外探测器可探测的红外辐射的波长灵活可调，通用性强。
在上一实施例的基础上，进一步地将该红外探测器中至少两个红外探测单元间隔预定距离设置，即将红外探测器中多个红外探测单元按照一定的规律以及按照预设的预定距离间隔排布设置，使得多个红外探测单元可分别同步工作，提升整体的工作效率。设定所述预定距离为1～100μm，表示取值范围为[1,100]μm，既包括1和100两端点值，又包括两端点之间的值，明确限定出间隔距离值的范围。
在上述实施例的基础上，该红外探测器中多个所述红外探测单元呈一维线列排布，或者，多个所述红外探测单元呈二维阵列排布，图7为本发明实施例提供的另一红外探测器的至少两个红外探测单元的线列排布图，图8为本发明实施例提供的另一红外探测器的至少两个红外探测单元的阵列排布图，也可理解为，以上述任一实施例为基础进行进一步设置，所述红外探测器中多个红外探测单元既可以采用如图7所示的一维线列形式依次排布，也可以采用如图8所示的二维阵列形式依次排布。即，所述探测器为多像元结构且采用第二种结构时，多像元结构内部的各单像元结构的一维线列排布或二维阵列排布，各单像元结构之间的分隔如图中各条虚线分隔所示，具体排布的方式均可根据实际需求进行设定。采用规律的一维线列或二维阵列的排布方式，能够使生产的工艺流程更为简化快速，有效提升红外探测器的批量标准化生产的效率，降低生产成本。
在上述实施例的基础上，该红外探测器中红外探测单元在沿垂直于衬底层的方向上呈正方形、矩形、三角形和圆形等形状中的任一种形状，具体形状根据实际需求设定，并且各种形状设置的原理均与正方形设置的原理类似。
例如，当采用矩形形状时，图9为本发明实施例提供的又一红外探测器的至少两个红外探测单元的线列排布图，图10为本发明实施例提供的又一红外探测器的至少两个红外探测单元的阵列排布图。所述探测器为多像元结构或包括至少两个红外探测单元且采用矩形形状时，多像元结构内部的各单像元结构以图9的一维线列排布，或以图10的二维阵列排布，各单像元结构之间的分隔如图中各条虚线分隔所示。本实施例将该多像元结构中的各单像元结构的形状设置为矩形形状且各单像元结构设为两层台阶结构，即，衬底层1、第一电极层2均为大长方形，红外吸收层3和第二电极层4均为小长方形方形，各所述小长方形的长边长度和短边长度均分别比各大长方形的长边长度和短边长度要短(即第二种结构中的红外吸收层3和第二电极层4的各横向尺寸均短于衬底层1和第一电极层2的各横向尺寸)，从而在多像元结构中，形成各单像元结构之间/各红外探测单元之间/各红外吸收层3之间/各第二电极层4之间的有规律的间隔，上层的小台阶的各边长均小于下层大台阶的各边长。通过图9和图10可以看出，俯视该多像元结构时，既能看到第二电极层4的上表面(图中以小长方形示出)，又能看到第一电极层2的部分上表面(图中以小长方形外侧的方环形示出)，即俯视两层台阶结构时，可以看到上层小台阶的上表面和下层大台阶的部分表面。且各单像元结构均按照线性的一维阵列或者线性的二维阵列的规律进行排布，以形成多像元结构。
在上述实施例的基础上，该红外探测器的红外吸收层中胶体量子点选用硫化铅量子点(PbS量子点)或硒化铅量子点(PbSe量子点)，带内跃迁性能非常好。
在上述实施例的基础上，设定该红外探测器的红外吸收层的厚度为50nm～10μm(1μm＝1000nm)，表示取值范围为[50,10000]nm，既包括50和10000两端点值，又包括两端点之间的值，而具体取值根据实际需求设定即可。
另外，本发明的各实施例中，虽然仅给出了红外吸收层设置为单层的情况，但在红外探测器具体结构设置中，可以根据实际需求合理地设置多层的红外吸收层，且各红外吸收层需要结合第二电极层依次交叉叠加设置，由此能够使得红外探测器的可探测波长范围更大且可调节性更强。
第二方面，本发明实施例还提供了一种红外成像仪，包括上述第一方面中任一实施例所述的红外探测器。所述红外成像仪中还可以设置读取电路，所述读取电路与所述的红外探测器互联集成，一同构成红外成像仪。所述红外探测器中的一个红外探测单元(或一个像元)对应所述红外成像仪上的一个像素。尤其是红外探测单元的形状、尺寸及排布方式设置，均理解为红外成像仪上的各像素的形状、尺寸与排布方式，对应CCD的像素密度和数量。在外部的偏置电压提供的偏压下，所述红外探测器中的第一电极层和第二电极层共同工作，将红外吸收层因为吸收红外辐射而形成的光电子导引出来形成光电信号，从而使得红外成像仪根据所述光电信号对探测对象成像。
第三方面，本发明实施例还提供了一种红外探测器的制备方法，图9为本发明实施例提供的一种红外探测器制备方法的流程图，如图9所示，所述制备方法包括：
步骤S1101：提供衬底层，所述衬底层可透过预设的红外辐射波段的红外辐射；
通过湿法清洗再烘干或等离子体清洗的方法清洗衬底层上的杂质，进行洁净处理，并可通过适当方式对衬底层加工光学结构或涂覆光学薄膜以增强红外探测器对红外辐射的吸收能力，所述衬底层可透过预设的红外辐射波段的红外辐射。
步骤S1102：在所述衬底层上通过沉积或溅射形成第一电极层；
所述第一电极层用于连接外部的偏置电压，以传导电流，并且所述第一电极层还充当接触层，进而实现衬底层和红外吸收层的连接。
步骤S1103：在所述第一电极层上形成红外吸收层，所述红外吸收层上设有预设数量的胶体量子点；
所述红外吸收层3是由预设数量的胶体量子点组成的，具体数量根据实际需求设置，比如依据胶体量子点化学性能和预想的红外辐射探测波段综合确定出大量胶体量子点的预设铺设规律，按照预设铺设规律来铺设预设数量的胶体量子点，以实现对相应红外辐射波段的探测。
红外吸收层中胶体量子点形成的导带或价带内部的子能级的基态和第一激发态之间的能量间距对应所述红外辐射波段，且通过配体交换使胶体量子点得到重掺杂，所述掺杂既可以是N型掺杂，也可以是P型掺杂，从而使得所述胶体量子点的费米能级位于基态能级和第一激发态能级之间，所述红外吸收层3利用同一条导带内部或同一条价带内部的不同子能级之间进行带内跃迁的原理，来探测预设的红外辐射波段的红外辐射。
可以理解的是，配体交换是指配体交换反应：配位化合物中的配体可被其它配体所取代，称为配体交换反应，一般反应机理为亲核取代反应。
下面以胶体量子点采用硫化铅量子点为例，说明一下包含硫化铅量子点的红外吸收层的制备和掺杂过程：具体来说，硫化铅量子点可以通过化学合成法制备。例如，可以将5克高纯一氧化铅(PbO)、500毫升90％纯度的1-十八烯(ODE)和38毫升90％纯度的油酸(OA)置于3颈圆底烧瓶中，并在90摄氏度的真空环境下脱气。然后在氩气下将反应温度升高到95-100摄氏度，并快速注入稀释于30毫升1-十八烯中的600微升六甲基二硅硫烷((TMS)2S)。数分钟后以每分钟7.5毫升的速度滴入融有750微升六甲基二硅硫烷的90毫升1-十八烯溶液。此后对反应进行等分检验，直到获得所需要尺寸胶体量子点，此后便可停止反应，并逐渐冷却。随后，还需要通过用无水丙酮和乙醇将胶体量子点沉淀纯化数次，然后再分散在无水甲苯中。最后，将浓度调节到300毫克/毫升，并向溶液中通入氮气，以最大程度地减少量子点的氧化。
上述制备好的胶体量子点还需要进行掺杂。首先将胶体量子点溶液以2000-3000转/min的速度旋涂在钠钙玻璃基板上，形成薄膜。然后将薄膜用融有碘化锌的3巯基丙酸溶液处理数秒，并再次启动旋涂机进行干燥处理，同时滴入甲醇以除掉多余的配体。对上述过程进行重复，直到获得期望厚度的薄膜。
需要说明的是，上述方式只是一个制备掺杂胶体量子点的具体实施例。本发明所主张的器件工作原理和器件结构，同时适用于其它种类和其它方式制备的胶体量子点。
步骤S1104：在所述红外吸收层上通过沉积形成第二电极层，所述第二电极层可透过预设的红外辐射波段的红外辐射；
可以理解为通过步骤S1101-S1104形成了一个完整的单像元结构(即N像元，N＝1；像元结构也可称薄膜结构)，当所要制备的红外探测器仅包括一个单像元结构时，在S1104步骤之后，直接对该单像元结构进行甩胶、曝光、显影操作，并合理设置该单像元结构的具体尺寸，清洗其表面残胶，由此该单像元结构即为所要制备的红外探测器。
而所述红外探测器也可以由多个上述的单像元结构构成。
本发明实施例提供的红外探测器的制备方法，能够简单快捷地制备出由带内跃迁性能极好的胶体量子点构成的红外吸收层，并结合衬底层、第一电极层和第二电极层一同构成红外探测器，能够有效吸收预设的红外辐射波段的红外辐射以完成中长波红外辐射的探测，并且该红外探测器制备工艺简单、成本低廉，只需化学配制即可，无需昂贵的MBE或MOCVD等外延设备，并且制备过程中设计部件尺寸等时可以完全不受外延设备的限制，能够根据实际需求制备多种尺寸的红外吸收层，且该方法制备出的红外探测器可探测的红外辐射的波长灵活可调，通用性强。
在上述实施例的基础上，红外探测器制备方法中，所述胶体量子点形成的导带或价带内部的子能级的基态和第一激发态之间的能量间距对应所述红外辐射波段，且所述胶体量子点的费米能级位于基态能级和第一激发态能级之间。
选定胶体量子点的材料，比如选择硫化铅量子点(PbS量子点)或硒化铅量子点(PbSe量子点)等，配置前驱体溶液，通过配体交换获得重掺杂的各胶体量子点，所述掺杂既可以是N型掺杂，也可以是P型掺杂，比如利用碘分子通过配体交换可以使得硫化铅量子点(PbS量子点)得到重掺杂，从而使得各胶体量子点内费米能级处于基态能级之上、第一激发态能级之下，还要通过红外吸收层尺寸材料的设置使得所述胶体量子点的子能级的基态和第一激发态之间的能量间距对应所述红外辐射波段。
在上述实施例的基础上，红外探测器制备方法还包括：
步骤S1105：在所述第二电极层和所述红外吸收层上进行光刻腐蚀处理，以使各所述第二电极层和各所述红外吸收层形成间隔设置的至少两个红外探测单元。
当所要制备的红外探测器为包括多个单像元结构的多像元结构(即N像元，N>1；像元结构也可称薄膜结构)时，还需要重复步骤S1101-S1104，以分别制成多个单像元结构，并将多个单像元结构进行连接，同时所述多像元结构中的各个红外吸收层之间或各个第二电极层之间，进行间隔设置，间隔设置的具体间隔距离可以设定为1-100μm，表示取值范围是[1，100]μm，并且间隔设置的各单像元结构的排布方式可以为一维线列排布或二维阵列排布，以形成阵列式多像元结构，所述阵列式多像元结构中的各个衬底层之间或各个第一电极层之间为不间隔的直接连接，甚至所有单像元结构的所有衬底层或所有第一电极层还可以采用一体成型设计。而所述的各个红外吸收层之间或各个第二电极层之间的间隔设置，需要通过步骤S1105来实现：在各个单像元结构中的各第二电极层之间相接位置以及各红外吸收层之间相接位置上进行光刻腐蚀处理，而对第一电极层和衬底层不光刻腐蚀处理，由此露出所述第一电极层的上表面，以使所述各第二电极层和各红外吸收层形成间隔设置的至少两个红外探测单元(一个所述红外探测单元包括一个红外吸收层和一个第二电极层)，最后对多像元结构再次进行甩胶、曝光、显影等操作，并合理设置该多像元结构中各个单像元结构的具体尺寸，清洗其表面残胶，由此该多像元结构即为所要制备的红外探测器。
另外，所述红外探测仪的制备方法，还可以包括退火步骤，以使得各部件之间具有良好的接触效果。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种红外探测器，其特征在于，包括：
衬底层，所述衬底层可透过预设的红外辐射波段的红外辐射；
形成在所述衬底层上的第一电极层；
形成在所述第一电极层上的一个红外探测单元或者间隔设置的至少两个红外探测单元，所述红外探测单元包括形成在所述第一电极层上的红外吸收层、形成在所述红外吸收层上的第二电极层，
其中，所述红外吸收层中设有预设数量的胶体量子点。
2.根据权利要求1所述的红外探测器，其特征在于，所述胶体量子点形成的导带或价带内部的子能级的基态和第一激发态之间的能量间距对应所述红外辐射波段，且所述胶体量子点的费米能级位于基态能级和第一激发态能级之间。
3.根据权利要求2所述的红外探测器，其特征在于，至少两个所述红外探测单元间隔预定距离设置，所述预定距离为1～100μm。
4.根据权利要求1-3任一所述的红外探测器，其特征在于，至少两个所述红外探测单元呈一维线列排布，或者，至少两个所述红外探测单元呈二维阵列排布。
5.根据权利要求4所述的红外探测器，其特征在于，所述胶体量子点为硫化铅量子点或硒化铅量子点。
6.根据权利要求5所述的红外探测器，其特征在于，所述红外吸收层的厚度为50nm～10μm。
7.一种红外成像仪，其特征在于，包括：根据权利要求1-6任一项所述的红外探测器。
8.一种红外探测器的制备方法，其特征在于，包括：
提供衬底层，所述衬底层可透过预设的红外辐射波段的红外辐射；
在所述衬底层上通过沉积或溅射形成第一电极层；
在所述第一电极层上形成红外吸收层，所述红外吸收层中设有预设数量的胶体量子点；
在所述红外吸收层上通过沉积形成第二电极层。
9.根据权利要求8所述的红外探测器的制备方法，其特征在于，所述胶体量子点形成的导带或价带内部的子能级的基态和第一激发态之间的能量间距对应所述红外辐射波段，且所述胶体量子点的费米能级位于基态能级和第一激发态能级之间。
10.根据权利要求8或9所述的红外探测器的制备方法，其特征在于，还包括：
在所述第二电极层和所述红外吸收层上进行光刻腐蚀处理，以使各所述第二电极层和各所述红外吸收层形成间隔设置的至少两个红外探测单元。
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