CN113299788B - 光伏型碲镉汞红外探测器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及红外探测技术领域，具体公开了一种光伏型碲镉汞红外探测器及其制备方法，包括：衬底；第一吸收层，形成在所述衬底上；第二吸收层，形成在所述第一吸收层上；光电增益功能层，形成在所述第二吸收层上；钝化层；上电极，覆盖所述上电极窗口；下电极，覆盖所述下电极窗口。本发明器件含有光电增益功能层，通过界面陷阱俘获光生电子，产生库伦场，诱导界面能带弯曲，增强了空穴从外电路的隧穿注入(即界面陷阱诱导的量子隧穿)，从而大大提高单位时间内流经器件的电子数，使得器件的光电转换效率(EQE)大于100％，提高了光伏型碲镉汞红外探测器的器件灵敏度。
Description
技术领域
本发明涉及红外探测技术领域，具体公开了一种光伏型碲镉汞红外探测器及其制备方法。
背景技术
红外探测是公认的至关重要的传感器技术。红外探测器(Infrared Detector)是将入射的红外辐射能量转变成电信号输出的器件，其在军事、工业生产、商业市场等领域拥有广泛应用，特别是在预警、国防安全方面发挥着不可替代的作用。在红外光谱应用方面，窄禁带半导体材料碲镉汞(HgCdTe)是发展良好的成熟的材料体系，成为最优选的红外探测器材料之一。
在上个世纪中期，光导型碲镉汞红外探测器得到了巨大的关注和发展，延至目前各国在空间遥感长波红外波段仍然采用光导型碲镉汞红外探测器。与此同时，碲镉汞器件的研究逐步转向光伏型探测器和焦平面探测器。目前，基于碲镉汞的光伏型红外探测器的光电转换效率(External Quantum Efficiency，EQE)通常小于100％，这不利用进一步提升红外探测器的灵敏度。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种光伏型碲镉汞红外探测器及其制备方法，旨在解决上述至少一个技术问题。
为实现上述目的，本发明提出了一种光伏型碲镉汞红外探测器，包括：
衬底；
第一吸收层，形成在所述衬底上；
第二吸收层，形成在所述第一吸收层上；
光电增益功能层，形成在所述第二吸收层上；
钝化层，覆盖所述第一吸收层的部分台面、所述第二吸收层的侧面以及所述光电增益功能层的侧面，并覆盖所述光电增益功能层上表面的相对两侧，覆盖所述光电增益功能层上表面的钝化层中间形成有上电极窗口；覆盖所述第一吸收层的部分台面的钝化层两侧的台面上分别开设有下电极窗口；
上电极，覆盖所述上电极窗口；
下电极，覆盖所述下电极窗口。
另外，本发明提出了一种光伏型碲镉汞红外探测器的制备方法，包括以下步骤：
制备衬底；
在衬底上形成第一吸收层；
在第一吸收层形成第二吸收层，任选去除表面杂质；
在第二吸收层形成光电增益功能层；
通过光刻形成焦平面台面图形；
清洗后，转入沉积腔室形成钝化层，退火处理；
采用湿法腐蚀工艺在所述钝化层上形成上电极窗口、下电极窗口；
分别沉积覆盖所述上电极窗口、下电极窗口的金属，以形成上电极与下电极。
另外，本发明的上述光伏型碲镉汞红外探测器还可以具有如下附加的技术特征。
根据本发明的一个实施例，所述第一吸收层为n型，所述第二吸收层为p型，所述光电增益功能层包括电子给体材料以及电子受体材料，且两者的质量比为100:(1～10)；或
所述第一吸收层为p型，所述第二吸收层为n型，所述光电增益功能层包括电子给体材料以及电子受体材料，且两者的质量比为(1～10):100。
根据本发明的一个实施例，所述电子给体材料选自聚(3-己基噻吩)、PBDB-T以及联二噻吩聚合物中的至少一种，所述电子受体材料选自富勒烯衍生物与非富勒烯受体中的至少一种。
根据本发明的一个实施例，所述光电增益功能层的材质选自钙钛矿，所述钝化层的厚度为200nm。
根据本发明的一个实施例，所述衬底的材质为CdZnTe，制备衬底的方法包括：
将Cd、Zn和Te按化学计量比配料，并根据石英管的空腔体积补充Cd，真空烧封后，加热合成为CdZnTe化合物，使用垂直布里奇曼长晶炉生长CdZnTe晶体。
根据本发明的一个实施例，形成第一吸收层的方法包括：
采用富碲水平液相外延技术制备吸收层材料，并通过In掺杂将吸收层的导电类型改为n型。
根据本发明的一个实施例，形成第二吸收层的方法包括：在第一吸收层之上，基于富汞垂直液相外延工艺，通过As原位掺杂生长p型帽层，从而形成p-on-n双层异质结材料。
根据本发明的一个实施例，清洗的步骤包括：采用去离子水和溴－甲醇溶液处理p-on-n双层异质结材料。
根据本发明的一个实施例，形成光电增益功能层的方法包括：将电子给体材料和电子受体材料溶于邻氯二苯溶剂中，制备成混合溶液，将所述混合溶液均匀形成在所述第二吸收层上，再加热使邻氯二苯迅速挥发。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明的器件含有光电增益功能层，通过界面陷阱俘获光生电子，产生库伦场，诱导界面能带弯曲，增强了空穴从外电路的隧穿注入(即界面陷阱诱导的量子隧穿)，从而大大提高单位时间内流经器件的电子数，使得器件的光电转换效率(EQE)大于100％，进一步提高光伏型碲镉汞红外探测器的器件灵敏度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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示出的结构获得其他的附图。
图1为现有技术中碲镉汞红外探测器的结构示意图；
图2为本申请一个实施例中碲镉汞红外探测器的结构示意图；
图3为由Hasen经验公式得到的截止波长与Hg1-xCdxTe组分中x的关系图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。
在附图中示出了根据本公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
在本公开的上下文中，当将一层/元件称作位于另一层/元件“上”时，该层/元件可以直接位于该另一层/元件上，或者它们之间可以存在居中层/元件。另外，如果在一种朝向中一层/元件位于另一层/元件“上”，那么当调转朝向时，该层/元件可以位于该另一层/元件“下”。
近年来，HgCdTe红外探测器得到了快速发展。出现了离子注入的n-on-p或p-on-n的平面结器件，原位生长的n-on-p或p-on-n的台面异质结器件，环孔工艺得到的n-on-p型器件，现有的p-on-n双层异质结台面结构如图1所示。具体包括衬底10、形成在所述衬底10上的第一吸收层11、形成在第一吸收层11上的第二吸收层12、钝化层13、上电极14以及下电极15。
需要说明的是，如图2所示，本发明实施例主要以p-on-n双层异质结台面结构的光伏型碲镉汞红外探测器为例进行说明，接下来，本发明实施例对上述器件的制备方法进行说明，具体包括以下步骤：
①.CdZnTe衬底10：采用垂直布里奇曼方法生长CdZnTe衬底：将纯度为7N的Cd、Zn和Te按化学计量比配料，并根据石英管的空腔体积补充一定量的过盈Cd，真空烧封后，用合成炉加热合成为CdZnTe化合物，使用垂直布里奇曼长晶炉生长CdZnTe晶体；
②.第一吸收层11的制备：采用富碲水平液相外延技术制备吸收层材料，并通过In掺杂将吸收层的导电类型改为n型；
③.第二吸收层12的制备：在第一吸收层之上，基于富汞垂直液相外延工艺，通过As原位掺杂生长p型帽层，从而形成p-on-n双层异质结；
值得一提的是，本实施例步骤②、步骤③采用液相外延法(LPE)制备吸收层，除此之外，还可以采用分子束外延法(MBE)、体材料、金属有机化合物气相外延法(MOCVD)等方法进行制备，本实施例在此不做限定。
④.采用去离子水和溴－甲醇溶液处理p-on-n异质结材料，去除表面沾污及颗粒；
⑤.光电增益功能层16的制备：在上述第二吸收层12上制备光电增益功能层16，包括：将聚(3-己基噻吩)(P3HT)作为电子给体材料，将富勒烯衍生物(PCBM)作为电子受体材料；所述电子给体材料和所述电子受体材料按照100:3的重量比溶于邻氯二苯(o-DCB)溶剂中，制备成混合溶液，将所述混合溶液均匀旋涂或滴涂或喷涂在上述第二吸收层上，再加热使邻氯二苯(o-DCB)迅速挥发，留下200nm左右的混合薄膜作为光电增益功能层16，其中，所述加热温度为80～120℃；
需要说明的是，电子给体材料P3HT可以替换为PBDB-T、联二噻吩聚合物(F8T2)等或者这些电子给体的混合；电子受体材料PCBM可以替换为其他富勒烯衍生物(如ICBA等)、非富勒烯受体(如IEICO-4F、ITIC、N2200、IDIC、INPIC-4F等)。
此外，光电增益功能层16可以替换为钙钛矿膜层。⑥.然后通过光刻形成焦平面台面图形，台面深度为3.2μm；
⑦.清洗之后，迅速将其转入沉积腔室进行CdTe和ZnS钝化层13生长；钝化层13生长完成之后，对异质结材料进行退火处理，使CdTe和p型HgCdTe相互扩散。这将有助于形成组分渐变的宽禁带互扩散层，降低表面陷阱的热产生率；同时，在该组分渐变区域，价带能级向着表面降低，能够将少子空穴从表面驱离，从而限制光生载流子的表面复合，钝化层13的厚度为200nm；
除上述发明实施例中的CdTe/ZnS双层钝化层之外，还存在其他钝化层方案，如：CdTe/HgCdTe梯度缓变钝化技术等。通过退火形成长波碲镉汞至界面组分的梯度缓变，从而避免表面反型。
⑧.退火之后，采用湿法腐蚀工艺在钝化层13上形成上电极窗口、下电极窗口；考虑到第二吸收层12厚度只有1～2μm，需适当调整腐蚀液的浓度，以降低腐蚀速率和提高工艺重复性；
⑨.电极的制备：分别沉积覆盖所述上电极窗口、下电极窗口的Cr/Au/Pt金属，以形成上电极14与下电极15。
需要说明的是，在本实施例中，第一吸收层11为窄带隙材料，第二吸收层12为宽带隙材料。第二吸收层12的宽带隙材料Cd组分约为0.36，掺杂浓度为1017cm-3的量级，第一吸收层11组分最低在0.2以下，In的掺杂浓度为1015cm-3的量级。在pn区的交界处，Cd组分的变化是缓变的，大约有2μm左右厚度的镉组分缓变层。
值得一提的是，本实施例可以通过对第一吸收层11、第二吸收层12中碲镉汞各组分的调控，实现对本实施例中光伏型碲镉汞红外探测器截止波长的调控，具体地，Hg1- xCdxTe材料的禁带宽度与Cd组分x和温度T的关系满足G.L.Hansen经验公式：
Eg＝-0.302+1.93x-0.810x2+0.832x3+0.535(10-4)T(1-2x)
如图3所示，由禁带宽度进而可以计算截止波长。根据上述公式，假定在65K下长波材料的响应波长为12.5微米，那么1.5‰的Cd组分偏差就可以导致截止波长偏差0.5微米，因此长波材料对组分的要求非常严格，外延薄膜组分的波动会导致焦平面器件不同光敏元截止波长的差异，从而影响器件的均匀性。通过对生长系统温度场的精确控制以及生长样品架的特殊设计，可以提高外延薄膜组分横向分布的均匀性。
值得一提的是，上述实施例以p-on-n双层异质结台面结构的光伏型碲镉汞红外探测器为例进行说明，光电增益功能层16制备步骤中使用质量比为100：(1-10)的P3HT与PCBM均可。此外，上述制备步骤同样适用于n-on-p双层异质结台面结构的光伏型碲镉汞红外探测器，不同的是，在n-on-p双层异质结台面结构的光伏型碲镉汞红外探测器中，光电增益功能层16制备步骤中使用质量比为(1-10)：100的P3HT与PCBM。
本发明实施例的器件含有光电增益功能层，通过界面陷阱俘获光生电子，产生库伦场，诱导界面能带弯曲，增强了空穴从外电路的隧穿注入(即界面陷阱诱导的量子隧穿)从而大大提高单位时间内流经器件的电子数，使得器件的光电转换效率(EQE)大于100％，进一步提高光伏型碲镉汞红外探测器的器件灵敏度。
以上对本公开的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本公开的范围。本公开的范围由所附权利要求及其等价物限定。不脱离本公开的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本公开的范围之内。
Claims (8)
1.一种光伏型碲镉汞红外探测器，其特征在于，包括：
衬底；
第一吸收层，形成在所述衬底上；
第二吸收层，形成在所述第一吸收层上；
光电增益功能层，形成在所述第二吸收层上；
钝化层，覆盖所述第一吸收层的部分台面、所述第二吸收层的侧面以及所述光电增益功能层的侧面，并覆盖所述光电增益功能层上表面的相对两侧，覆盖所述光电增益功能层上表面的钝化层中间形成有上电极窗口，覆盖所述第一吸收层的部分台面的钝化层两侧的台面上分别开设有下电极窗口；
上电极，覆盖所述上电极窗口；
下电极，覆盖所述下电极窗口；
所述第一吸收层为n型，所述第二吸收层为p型，所述光电增益功能层包括电子给体材料以及电子受体材料，且两者的质量比为100:(1～10)；或
所述第一吸收层为p型，所述第二吸收层为n型，所述光电增益功能层包括电子给体材料以及电子受体材料，且两者的质量比为(1～10):100。
2.如权利要求1所述的光伏型碲镉汞红外探测器，其特征在于，所述电子给体材料选自聚(3-己基噻吩)、PBDB-T以及联二噻吩聚合物中的至少一种，所述电子受体材料选自富勒烯衍生物与非富勒烯受体中的至少一种。
3.如权利要求1所述的光伏型碲镉汞红外探测器，其特征在于，所述光电增益功能层的材质选自钙钛矿，所述钝化层的厚度为150-200nm。
4.权利要求1-3任一项所述的光伏型碲镉汞红外探测器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
制备衬底；
在衬底上形成第一吸收层；
在第一吸收层形成第二吸收层，任选去除表面杂质；
在第二吸收层形成光电增益功能层；
通过光刻形成焦平面台面图形；
清洗后，转入沉积腔室形成钝化层，退火处理；
采用湿法腐蚀工艺在所述钝化层上形成上电极窗口、下电极窗口；
分别沉积覆盖所述上电极窗口、下电极窗口的金属，以形成上电极与下电极。
5.如权利要求4所述的光伏型碲镉汞红外探测器的制备方法，其特征在于，所述衬底的材质为CdZnTe，制备衬底的方法包括：
将Cd、Zn和Te按化学计量比配料，并根据石英管的空腔体积补充Cd，真空烧封后，加热合成为CdZnTe化合物，使用垂直布里奇曼长晶炉生长CdZnTe晶体。
6.如权利要求5所述的光伏型碲镉汞红外探测器的制备方法，其特征在于，形成第一吸收层的方法包括：
采用富碲水平液相外延技术制备吸收层材料，并通过In掺杂将吸收层的导电类型改为n型。
7.如权利要求6所述的光伏型碲镉汞红外探测器的制备方法，其特征在于，形成第二吸收层的方法包括：在第一吸收层之上，基于富汞垂直液相外延工艺，通过As原位掺杂生长p型帽层，从而形成p-on-n双层异质结材料。
8.如权利要求7所述的光伏型碲镉汞红外探测器的制备方法，其特征在于，所述清洗的步骤包括：采用去离子水和溴－甲醇溶液处理p-on-n双层异质结材料。
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Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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