一种抑制掺杂铋的硒化锑短波红外探测器暗电流的方法

本发明属于光电探测器，更具体地，涉及一种抑制掺杂铋的硒化锑短波红外探测器暗电流的方法。

背景技术：

1、短波红外探测器利用短波红外成像探测，具有探测距离远、分辨率高等优势，已广泛应用于军事、医疗、安防、无人机等诸多领域。目前商用短波红外探测器材料一般为ingaas，hgcdte等iii-v族和ii-vi族半导体材料，但此类材料受限于外延生长及高温制备工艺，难以量产，且需搭配额外的制冷设备抑制暗电流。而新兴量子点等短波红外探测器面临稳定性和迁移率低等核心难题。

2、硒化锑铋合金(sb2se3:bi)作为一种极有潜力的红外探测材料，具有无毒，稳定好，原料储量丰富等优点。通过调节bi和sb的比例，其吸收带边可在1100～1400nm间任意选取，此外器件可通过热蒸镀的方法制备，有利于实现商业化量产。暗电流是衡量探测器性能的一个重要参数，较大的暗电流，会使探测器噪声功率变大，探测灵敏度降低，影响探测性能。而硒化锑铋探测器由于bi元素掺杂，暗电流较大(ua)。目前商用短波红外探测器暗电流需满足小于100na/cm2，因此其应用范围受到限制，是急需解决的问题。

3、目前抑制暗电流主流的方法包括冷却(如hgcdte等)，其中冷却需搭配昂贵且笨重的制冷设备，进一步增加制造成本和使用难度。

技术实现思路

1、针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种抑制掺杂铋的硒化锑作为吸光层的短波红外探测器暗电流的方法，其目的在于将探测器的暗电流降低至小于100na/cm2。其中通过在器件顶部(吸光层上面)制备一层阻挡层降低器件暗电流，形成的短波红外探测器具有较低的暗电流，可有效解决目前掺杂铋的硒化锑探测器由于元素掺杂而导致的暗电流大(ua)的问题。从而提高其性能，拓展其在短波红外领域的应用。

2、根据本发明第一方面，提供了一种抑制吸光层为掺杂铋的硒化锑的短波红外探测器暗电流的方法，在掺杂铋的硒化锑作为吸光层的短波红外探测器中设置阻挡层，所述阻挡层位于所述吸光层和所述短波红外探测器最上层金属电极之间；所述阻挡层为金属硫族化合物；所述阻挡层用于阻止探测器中的载流子向金属电极扩散，并使电子和空穴得到有效分离，从而降低暗电流。

3、优选地，所述阻挡层为znte、snse、znse或sbte。

4、优选地，所述阻挡层的厚度为50～300nm。

5、优选地，所述阻挡层通过真空热蒸发法制备。

6、根据本发明另一方面，提供了一种暗电流减小的短波红外探测器，所述短波红外探测器的结构从下至上依次为透明导电基底、n型缓冲层、掺杂铋的硒化锑吸光层和阻挡层，所述透明导电基底和所述阻挡层分别与金属电极连接；所述阻挡层为金属硫族化合物；所述阻挡层用于阻止探测器中的载流子向金属电极扩散，并使电子和空穴得到有效分离，从而降低暗电流。

7、优选地，所述阻挡层为znte、snse、znse或sbte。

8、优选地，所述阻挡层的厚度为50～300nm。

9、优选地，所述n型缓冲层材料为zno/cdse、cds/cdse、cds或zno。

10、优选地，所述透明导电基底为掺杂氟的sno2或氧化铟锡。

11、优选地，所述金属电极为金电极或银电极。

12、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

13、(1)本发明中阻挡层阻止探测器中的载流子(电子或空穴)向金属电极扩散，减少了它们穿过阻挡层发生复合的可能性。当电子或空穴在探测器中移动时，它们必须克服能级差才能穿过阻挡层，这会导致更高的能量阈值和更高的电压要求，减少漏电的发生，从而降低暗电流的产生。通过在短波红外探测器的结构中增加阻挡层来抑制暗电流的方法具有高效、低成本、可靠、稳定等优点。

14、(2)本发明中阻挡层的材料选择、厚度控制等都对抑制暗电流的效果有着重要影响，通常，阻挡层的厚度越大，电子和空穴穿透阻挡层的概率就越小，从而降低了暗电流的产生，然而，过厚的阻挡层会导致光生电流被抑制，使得光电传感器的性能衰减；本发明优选地，阻挡层的厚度为50～300nm。

15、(3)阻挡层通常需要满足能带匹配，导带能够阻挡电子，同时价带能够保证空穴传输，进而起到阻挡载流子降低暗电流的作用，又可以促进空穴传输，不影响探测器的光电性能。本发明优选地，阻挡层的材料为znte、snse、znse或sbte。

16、(4)本发明所提供的一种抑制硒化锑铋短波红外探测器暗电流的方法，可通过控制阻挡层所使用的材料及制备，将探测器的暗电流降低至小于100na/cm2，有效解决硒化锑铋探测器暗电流较大的问题(ua)。

17、(5)本发明所提供的具有较低暗电流的硒化锑铋短波红外探测器为简单叠层结构，结构简单，工艺简单，对设备要求低，生产成本低，易于大面积推广。

18、(6)本发明为拓宽硒化锑探测器在短波红外领域的应用开辟了新的方向。

技术特征：

1.一种抑制吸光层为掺杂铋的硒化锑的短波红外探测器暗电流的方法，其特征在于，在掺杂铋的硒化锑作为吸光层的短波红外探测器中设置阻挡层，所述阻挡层位于所述吸光层和所述短波红外探测器最上层金属电极之间；所述阻挡层为金属硫族化合物；所述阻挡层用于阻止探测器中的载流子向金属电极扩散，并使电子和空穴得到有效分离，从而降低暗电流。

2.如权利要求1所述的吸光层为抑制掺杂铋的硒化锑的短波红外探测器暗电流的方法，其特征在于，所述阻挡层为znte、snse、znse或sbte。

3.如权利要求1或2所述的吸光层为抑制掺杂铋的硒化锑的短波红外探测器暗电流的方法，其特征在于，所述阻挡层的厚度为50～300nm。

4.如权利要求1所述的吸光层为抑制掺杂铋的硒化锑的短波红外探测器暗电流的方法，其特征在于，所述阻挡层通过真空热蒸发法制备。

5.一种暗电流减小的短波红外探测器，其特征在于，所述短波红外探测器的结构从下至上依次为透明导电基底、n型缓冲层、掺杂铋的硒化锑吸光层和阻挡层，所述透明导电基底和所述阻挡层分别与金属电极连接；所述阻挡层为金属硫族化合物；所述阻挡层用于阻止探测器中的载流子向金属电极扩散，并使电子和空穴得到有效分离，从而降低暗电流。

6.如权利要求5所述的暗电流减小的短波红外探测器，其特征在于，所述阻挡层为znte、snse、znse或sbte。

7.如权利要求5或6所述的暗电流减小的短波红外探测器，其特征在于，所述阻挡层的厚度为50～300nm。

8.如权利要求5所述的暗电流减小的短波红外探测器，其特征在于，所述n型缓冲层材料为zno/cdse、cds/cdse、cds或zno。

9.如权利要求5所述的暗电流减小的短波红外探测器，其特征在于，所述透明导电基底为掺杂氟的sno2或氧化铟锡。

10.如权利要求5所述的暗电流减小的短波红外探测器，其特征在于，所述金属电极为金电极或银电极。

技术总结
本发明涉及一种抑制掺杂铋的硒化锑短波红外探测器暗电流的方法，属于光电探测器技术领域。具体为：在吸光层为掺杂铋的硒化锑的短波红外探测器中设置阻挡层，所述阻挡层位于所述吸光层和所述短波红外探测器最上层金属电极之间；所述阻挡层为金属硫族化合物；所述阻挡层用于阻止探测器中的载流子(电子或空穴)向金属电极扩散，并使电子和空穴得到有效分离，从而降低其暗电流。本发明能够将探测器的暗电流降低至小于100nA/cm<supgt;2</supgt;，本发明可以有效解决硒化锑铋探测器暗电流较大的问题(uA)，从而拓展其应用领域。

技术研发人员：汤子成,李康华,高睿思,杨皓哲,何雯,王欣玥,吴青岭
受保护的技术使用者：华中科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15