[发明专利]PbS薄膜的敏化方法、红外光电探测器及其制备方法

说明书

本发明涉及一种新的用于PbS薄膜的敏化方法，该方法是对PbS薄膜进行紫外臭氧处理实现PbS薄膜的敏化。本发明还涉及一种基于PbS薄膜的红外光电探测器及制备方法，所述探测器包括导电玻璃或硅片衬底层、p型半导体层、n型半导体层、缓冲层和电极层；所述p型半导体层为经过紫外臭氧敏化处理的PbS薄膜；所述n型半导体层为富勒烯Csubgt;60/subgt;或其衍生物。本发明采用UVO敏化处理，敏化温度低，耗能少、操作简单、敏化效果显著。此外，本发明为一种具有二极管结构的可室温工作的高灵敏红外光电探测器，其比探测率明显优于传统光敏电阻式探测器。

技术领域

本发明涉及一种红外探测器制备技术领域，涉及一种PbS薄膜的敏化方法、红外光电探测器及其制备方法。

背景技术

红外探测器(Infrared Detector)是将红外光信号转变成电信号输出的器件。目前比较广泛应用的红外光电探测器主要是基于PbS、PbSe、Ge、 InSb、HgCdTe、InGaAs等材料。PbS和PbSe因其具有在非制冷条件下暗电流较低的特性，使得用其制成的红外光电探测器无需额外的制冷设备即可降低噪声。现有PbS薄膜的制备方法主要有：化学水浴沉积(CBD) 方法、物理气相沉积(磁控溅射、高真空热蒸发沉积等)。

为了进一步降低PbS在非制冷条件下的暗电流并提高对红外光的灵敏度，目前科研工作者们针对PbS的元素掺杂、缺陷钝化(薄膜敏化) 等方面开展了大量的研究。在PbS薄膜的敏化方面，现有的PbS薄膜的敏化处理方式主要是在含氧氛围中对PbS薄膜进行热处理使PbS表面轻微氧化达到敏化的效果例如：采用在530℃、氧气气氛下对PbS薄膜处理 30min后，再在520℃下处理10min以起到敏化作用，但该方法制备出的近红外光电探测器的灵敏度并不高。由此可见，现有的PbS薄膜的敏化方法仍存在操作工艺复杂、敏化温度高、能耗大、需要耐高温衬底材料、敏化效果不理想、基于PbS的光敏电阻的红外光电探测器灵敏度不高等问题，使得其在气体检测领域的应用受到很大限制。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种新的用于PbS薄膜的敏化方法以及基于PbS材料的近红外光电探测器及其制备方法，用以显著提高近红外光探测器的灵敏度。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

本发明提供一种新的用于PbS薄膜的敏化方法，其方法包括：对PbS 薄膜进行紫外臭氧处理实现PbS薄膜的敏化。

优选地，采用紫外臭氧处理机实现敏化。所述紫外臭氧处理机为紫外臭氧UVO清洗机。

紫外臭氧敏化处理的条件包括：紫外光波长为254nm和185nm条件下处理，温度为常温；或者在紫外波长254nm、臭氧气氛下处理。185nm 波长的紫外光能将空气中的氧气(O₂)转化成臭氧(O₃)；而254nm波长的紫外光的光能量能将O₃分解成O2和活性氧([O])活性氧[O]具有很强的氧化性，此时不需要专门提供臭氧气氛。

优选地，所述紫外臭氧处理的时间为10-30min，优选为15-20min。

优选地，所述PbS薄膜是在采用化学水浴沉积法或物理沉积法制备得到的PbS薄膜，并将该PbS薄膜在空气中于120-130℃退火0.5-2h促进晶粒长大，然后进行紫外臭氧处理。

优选地，所述温度优选为125℃，退火时间为1h。

与此同时，本发明也提供了一种基于PbS薄膜的近红外光电探测器，其包含导电玻璃或硅片衬底层、p型半导体层、n型半导体层、缓冲层和电极层；其中：所述p型半导体层为PbS薄膜(近红外光吸收层)，该 PbS薄膜为采用上述任一实施例制备的PbS薄膜；所述n型半导体层为富勒烯C₆₀或其衍生物。