PbSe红外探测薄膜及其制备方法以及红外探测器

本发明涉及光电探测，具体而言，涉及一种pbse红外探测薄膜及其制备方法以及红外探测器。

背景技术：

1、随着光电探测技术的进步，红外探测器已从最初的单像元探测器发展到第四代焦平面红外探测器，其中光电导型红外探测器基于内光电效应，具有较高的响应速率与灵敏度，可对远距离目标进行快速、精确的红外探测，被广泛应用于导弹制导、火控瞄准、夜视增强、安防监控、森林防火等军事与民用领域。然而，也正是由于光电效应的限制，大多数光电导型红外探测器的优异性能只有在低温下才能保证，探测器在环境温度下进行工作时需为其配备额外的制冷系统，这将导致探测器的体积、重量和制造成本均被极大增加，从而限制了光子型红外探测器在民用市场的应用。

2、硒化铅(pbse)具有适宜的禁带宽度、较大载流子有效质量、较低载流子迁移率、俄歇复合系数低、直接带隙结构等特性，在1～5μm的中红外波段具有良好的室温红外探测能力，是制备低成本、高性能、室温工作的非制冷光电导型红外探测器的重要材料。值得注意的是，初始制备的pbse薄膜并不具有红外光敏特性，必须在氧化性气氛中历经高温过程才会对红外辐射具有良好的响应，该过程即为pbse的敏化。然而，硒化物中se元素的易解离特性使pbse薄膜在高温下敏化的同时解离出se蒸汽，薄膜中的pb、se化学计量比偏移1：1，造成pbse薄膜中se空位密度增加，阻碍载流子输运，直接影响薄膜的红外探测性能。此外，薄膜制备完成后的高温敏化过程极大的限制了pbse薄膜衬底材料的选择范围，使其只能制备在si、sio2、石英、玻璃等耐高温无机材料上，制约了其与ic电路、红外焦平面成像芯片等零部件与产业链的结合，限制了pbse红外探测器的快速发展。

3、鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种pbse红外探测薄膜及其制备方法以及红外探测器，以改善pbse薄膜在高温下的元素偏析、高温限制衬底种类选择而难与现代电子制造技术兼容的问题。

2、本发明是这样实现的：

3、第一方面，本发明提供了一种pbse红外探测薄膜的制备方法，其包括：采用预敏化的靶材通过物理气相沉积法在基板上沉积pbse薄膜。

4、第二方面，本发明还提供了一种pbse红外探测薄膜，其由上述pbse红外探测薄膜的制备方法制备得到。

5、第三方面，本发明还提供了一种红外探测器，其包括上述pbse红外探测薄膜。

6、本发明具有以下有益效果：通过采用预敏化的靶材进行物理气相沉积来制备得到pbse薄膜，即预敏化的靶材通过预敏化而在靶材中掺入氧化性元素，则进一步通过物理气相沉积即可在各类基底上直接制备出元素分布均匀的敏化pbse薄膜，进而无需再进行高温敏化步骤，从而避免了高温过程下造成的元素偏析，同时也克服了因为高温限制而导致无法在柔性有机材料等衬底上的缺陷，便于与现代电子制造技术兼容。因此，该pbse红外探测薄膜的制备方法相对传统高温敏化工艺，简化了pbse红外探测器的制备工艺，极大的降低了成本，为pbse应用于大面积高精度柔性可穿戴红外探测器提供了可能性。

技术特征：

1.一种pbse红外探测薄膜的制备方法，其特征在于，其包括：采用预敏化的靶材通过物理气相沉积法在基板上沉积pbse薄膜。

2.根据权利要求1所述的pbse红外探测薄膜的制备方法，其特征在于，所述预敏化的靶材通过以下任意一种方式得到：

3.根据权利要求2所述的pbse红外探测薄膜的制备方法，其特征在于，掺入所述化合物粉末的方式为机械搅拌法、气流混合法或液体混合法；

4.根据权利要求2所述的pbse红外探测薄膜的制备方法，其特征在于，先将粉末状的所述靶材材料在氧化性气氛中退火，再将所述靶材材料压制成片；

5.根据权利要求1～4任一项所述的pbse红外探测薄膜的制备方法，其特征在于，所述物理气相沉积法包括真空热蒸发和等离子体溅射中的至少一种。

6.根据权利要求5所述的pbse红外探测薄膜的制备方法，其特征在于，溅射功率为40w～100w，所述基板与所述预敏化的靶材的表面的距离为5cm～20cm；

7.根据权利要求1～4任一项所述的pbse红外探测薄膜的制备方法，其特征在于，所述基板的材质包括玻璃、石英、蓝宝石、si、sio2、聚酯和聚异氰酸酯中的任意一种。

8.一种pbse红外探测薄膜，其特征在于，其由权利要求1～7任一项所述的制备方法制备得到。

9.一种红外探测器，其特征在于，其包括如权利要求8所述的pbse红外探测薄膜。

10.根据权利要求9所述的红外探测器，其特征在于，所述红外探测器为柔性可穿戴红外探测器。

技术总结
本发明公开了一种PbSe红外探测薄膜及其制备方法以及红外探测器，该PbSe红外探测薄膜的制备方法包括：采用预敏化的靶材通过物理气相沉积法在基板上沉积PbSe薄膜。预敏化的靶材通过预敏化而在靶材中掺入氧化性元素，则进一步通过物理气相沉积即可在各类基底上直接制备出元素分布均匀的敏化PbSe薄膜，进而无需再进行高温敏化步骤，即避免了高温过程下造成的元素偏析，同时也克服了因为高温限制而导致无法在柔性有机材料等衬底上的缺陷，便于与现代电子制造技术兼容。因此，该PbSe红外探测薄膜的制备方法简化了PbSe红外探测器的制备工艺，极大的降低了成本，为PbSe应用于大面积高精度柔性可穿戴红外探测器提供了可能性。

技术研发人员：刘一臻,牛晓滨,孙辉
受保护的技术使用者：电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15