基于p-GeTe/n-Si光伏型红外探测器及其制备方法与流程

本发明属于红外探测领域，尤其是一种光伏型红外光电探测器。
背景技术：
：红外探测在军事、电力、工业、夜视、生物、监测等领域有极为广泛的应用。光伏型红外探测器由于响应时间短，在对响应时间要求高的场合有着不可替代的作用。目前，商业化的红外探测器主要有碲镉汞探测器、碲化铟探测器、非晶硅探测器和氧化钒探测器等。其中，非晶硅探测器和氧化钒探测器在常温下工作，但探测效果不够理想。碲镉汞探测器、碲化铟探测器因探测率较高常用作军事领域，但使用过程中需要制冷，且由于探测器光敏材料与其后端读出电路晶格不匹配，难以有效集成。导致探测器集成度低，生产成本过高，难以展开大面积的应用。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种便于集成,低成本,可室温下使用的高探测率的光伏型红外探测器。本发明基于p-gete/n-si光伏型红外探测器，其特征在于所述探测器由n型单晶si基片、p型gete薄膜和两个电极构成；其中：p型gete薄膜设置在单晶si基片之上；两个电极其中一个设置在si基片表面，另一个设置在gete薄膜表面。所述的p型gete薄膜厚度为20-60nm。所述的电极为al、au或ito，厚度为50-150nm。所述的基于p-gete/n-si光伏型红外探测器，其制备步骤如下：s1，基片清洗：先将n型单晶si基片浸泡于由离子水、双氧水、氨水按照2～3:1:1的体积比混合的溶液中，在70～85℃下，清洗30～90min，然后将基片冲洗干净，吹干；s2，gete薄膜溅射：将基片放在磁控溅射仪中，10-5pa真空环境下，充ar气，使腔体气压保持在3～5pa，使用gete靶材溅射60-200s，使得厚度达到20-60nm；s3，电极蒸镀或退火；电极蒸镀是将经s2处理的器件放入真空蒸镀室中，真空度小于10-5pa后，在gete和si表面分别蒸镀电极30-90s，使得电极厚度达到50-150nm；退火是将经s3处理的器件取出，在260-400℃范围退火10-20min。s4，根据s3步骤选择是退火或电极蒸镀，不与步骤s3相同。本发明具有工艺简单，成本低，探测率高，与目前常规探测器的探测率对比如表1所示等优点，且可以在室温下工作，在红外探测领域具有一定的应用前景。同时，gete作为相变材料，已成为下一代存储和计算的关键材料。本发明所述探测器的优势在于利用gete/si的异质结作为光敏层，利于将来探测器材料与读出电路的整合，便于探测器的小型化和集成化，降低探测器的成本。表.1常见商用探测器的探测率对比探测所用材料使用环境探测率(d*)备注p-gete/n-si室温1011jones本专利碲镉汞77k1010～1013jones根据使用波段有所不同碲化铟77k1012jones非晶硅室温1010jones氧化钒室温108jones。附图说明图1为本发明实施例1所述探测器结构示意图。图2为本发明实施例2和实施例3所述探测器结构示意图。图3为gete薄膜为实施例2退火前后xrd图；图中可以明显看出退火后gete薄膜有明显的衍射峰从非晶态变为晶态。图4为gete薄膜为实施例1退火前后的紫外-可见-红外吸收光谱图；图中可以明显看出退火后薄膜对红外光谱的吸收增强，有利于器件吸收红外信号。图5为实施例1所述探测器无光照和红外光照射条件下的i-v曲线图；图中可以明显看出器件在红外光照射下有0.1v的光生电压。图6为实施例1探测器的探测率图；明显看出器件探测率大约为1011jones。其中，si基片1，gete薄膜2，电极3。具体实施方式实施例1：基于p-gete/n-si光伏型红外探测器，从下往上分别是si基片1、gete薄膜2和电极3。所述电极3为两个，其中一个在si基片1表面上，另一个在gete薄膜2上表面。如图1所示。其中，α相gete薄膜2光敏层厚度为40nm；电极3为al电极，厚度50nm。所述的探测器，具体制备步骤如下：s1，基片清洗:先将n型单晶si基片浸泡于由离子水、双氧水、氨水按照2:1:1的体积配比混合的溶液中，在80℃下，清洗30min；随后，用去离子水冲洗干净，再用压缩空气吹干，以彻底清除基片表面吸附的杂质。s2，gete薄膜溅射：将基片放在磁控溅射仪中，先抽真空到10-5pa，随后充ar气，使腔体气压保持在5pa范围后，使用gete靶材溅射140s，厚度达到40nm。s3，电极蒸镀：将溅射好gete的器件放入真空蒸镀室中，真空度小于10-5pa后，在gete和si表面同时蒸镀al电极30s，厚度达50nm。s4，退火：将蒸镀了al电极的器件取出，并在300℃范围退火15min。实施例2：基于p-gete/n-si光伏型红外探测器，从下往上分别是ito电极3、si基片1、gete薄膜2和al电极3。如图2所示。所述的n型si为基片1一面带有ito薄膜，即si基片1与ito电极3为一体。所述的gete薄膜2厚度20nm；电极3为al电极，厚度100nm。所述的探测器，具体制备步骤如下：s1，基片清洗：先将带有ito薄膜的n型si基片浸泡于由离子水、双氧水、氨水按照2:1:1的体积配比混合的溶液中，在70℃下，清洗50min；随后，用去离子水冲洗干净，再用压缩空气吹干，以彻底清除基片表面吸附的杂质。s2，gete薄膜溅射：将带有ito薄膜的n型si基片放在磁控溅射仪中，si面朝上，ito面向下，先抽真空到10-5pa，随后充ar气，使腔体气压保持在5pa范围后，使用gete靶材溅射90s，使厚度达到20nm。s3，退火：将溅射好gete薄膜的基片取出，并在360℃范围退火10min。s4，电极蒸镀：将退火后的器件放入真空蒸镀室中，当真空度小于10-5pa后，在gete薄膜表面蒸镀al电极60s，使厚度达到100nm。实施例3：基于p-gete/n-si光伏型红外探测器，从下往上分别是au电极3，n型单晶si基片1、gete薄膜2和al电极3。如图2所示。所述的au电极3厚度100nm；gete薄膜2厚度为50nm；al电极3厚度150nm。所述的探测器，具体制备步骤如下：s1，基片清洗:先将n型单晶si基片浸泡于由离子水、双氧水、氨水按照2:1:1的体积配比混合的溶液中，在85℃下，清洗40min。随后，用去离子水冲洗干净，再用压缩空气吹干，以彻底清除基片表面吸附的杂质。s2，gete薄膜溅射：将n型单晶si基片放在磁控溅射仪中，先抽真空到10-5pa，随后充ar气，使腔体气压保持在4pa范围后，使用gete靶材溅射200s，使厚度达60nm。s3，退火：将溅射好gete薄膜的基片取出，并在260℃范围退火20min。s4，电极蒸镀：将退火后的器件放入真空蒸镀室中，当真空度小于10-5pa后，在gete表面蒸镀al电极90s，使厚度达150nm；对器件翻面后，在si表面蒸镀au电极40s，使厚度达50nm。当前第1页12