一种CCZTSe短波红外探测器及其制备方法技术

本发明专利技术提供的CCZTSe短波红外探测器，包括依次层叠设置的衬底、金属背电极、过渡金属氧化物层、CCZTSe吸收层、缓冲层、窗口层及金属栅电极，本发明专利技术通过将具有高功函数的过渡金属氧化物纳米薄膜用做宽禁带CCZTSe吸收层与金属背电极的中间层，能有效降低CCZTSe吸收层与金属背电极之间的势垒，有效降低载流子在界面的复合，提高空穴的收集，降低暗电流，从而提高宽禁带CCZTSe短波红外探测器的性能。另外，本发明专利技术还提供了一种CCZTSe短波红外探测器的制备方法。

【技术实现步骤摘要】
一种CCZTSe短波红外探测器及其制备方法
本专利技术涉及光电
，特别涉及一种CCZTSe短波红外探测器及其制备方法。
技术介绍
铜锌锡硒材料因其成本低、环境危害小、地球上物质含量丰富、可调带隙能量(1.0-1.5ev)和极高的吸收系数(>104cm-1)而得到广泛应用。用于制备薄膜太阳能电池。由于它的高吸收系数，也可用于光电探测器。红外探测器广泛应用于医疗诊断、夜视、细水雾穿透、航空、目标识别、天文学等领域。目前，红外探测器已经发展到第三代。第三代拥有焦平面阵列、成本低、检测率高，其中，砷化铟镓是代表。它具有成熟的生产水平和高于65％的量子效率，但其波长主要为0.9-1.7微米，与硅工艺不兼容，不适合低成本的民用应用。同时存在晶格失配问题，限制了其作为光电探测器件的应用。因此，我们使用的铜锌锡硒四元化合物材料具有很大的优势，我们用Cd代替部分铜来进一步缩小其带隙，使之控制在0.8-1ev之间，使其响应带延伸到红外方向。暗电流可以说是判断和比较红外探测器性能最常用的参数之一。为了获得较高的检测率，必须减小暗电流。暗电流设定了可检测的最小光强，如果暗电流太大，就会削弱入射辐射产生的光电流，产生一些噪音，从而削弱检测到的光。光信降低了探率。
技术实现思路
鉴于此，有必要提供一种可提高CCZTSe短波红外探测器探测率的CCZTSe短波红外探测器。为解决上述问题，本专利技术采用下述技术方案：本专利技术提供了一种CCZTSe短波红外探测器，包括依次层叠设置的衬底、金属背电极、过渡金属氧化物层、CCZTSe吸收层、缓冲层、窗口层及金属栅电极，所述CCZTSe吸收层的禁带宽度在0.8eV-1.0eV之间，所述过渡金属氧化物层的功函数大于所述CCZTSe吸收层的功函数。在其中一些实施例中，所述衬底为钠钙玻璃或硼硅酸盐玻璃或不锈钢薄板。在其中一些实施例中，所述金属背电极为Mo或Au或Pt或Ni。在其中一些实施例中，所述过渡金属氧化物层为沉积于所述金属背电极上的一层具有高功函数的过渡金属氧化物纳米薄膜。在其中一些实施例中，所述过渡金属氧化物纳米薄膜的厚度为10nm。在其中一些实施例中，所述过渡金属氧化物纳米薄膜为MoO3或MoS2或MoSe2中的一种。在其中一些实施例中，所述CCZTSe吸收层的禁带宽度大于0.8eV，所述CCZTSe吸收层的功函数大于5.2eV，所述CCZTS吸收层厚度为1～2μm。在其中一些实施例中，所述CCZTSe吸收层的组分为Cu2CdxZn1-xSnSe4，其中，0≤x≤1。在其中一些实施例中，所述缓冲层为硫化镉膜层，所述缓冲层的厚度为40～60nm。在其中一些实施例中，所述窗口层为氧化锌掺杂铝膜层、氧化锌掺杂镓膜层、氧化锌掺杂铟膜层、氧化锌掺杂硼膜层、氧化锡掺杂氟膜层、氧化锡掺碘膜层、氧化锡掺杂锑膜层、石墨烯膜层或它们的任一组合中的一种。在其中一些实施例中，所述窗口层为双层的透明导电薄膜，第一层的高阻层为的ZnO，第二层为AZO或ITO等透明导电薄膜。在其中一些实施例中，所述金属栅电极分别为Ni和Al金属栅电极。另外，本专利技术还提供了一种所述的CCZTSe短波红外探测器的制备方法，包括下述步骤：在衬底上沉积金属背电极；在所述金属背电极上沉积过渡金属氧化物层；在所述过渡金属氧化物层上沉积CCZTSe吸收层；在所述CCZTSe吸收层上沉积缓冲层；在所述缓冲层上制备窗口层；在所述窗口层上制备金属栅电极。在其中一些实施例中，在所述金属背电极上沉积过渡金属氧化物层的步骤中，具体包括下述步骤：通过反应磁控溅射法将所述过渡金属氧化物沉积于所述金属背电极上。在其中一些实施例中，在所述反应磁控溅射法中控制溅射功率密度为1～2W/cm2，压强为0.3Pa，氩气和氧气的流量比为20:1～20:2。采用上述技术方案，本专利技术实现的技术效果如下：本专利技术提供的CCZTSe短波红外探测器，通过将具有高功函数的过渡金属氧化物纳米薄膜用做宽禁带CCZTSe吸收层与金属背电极的中间层，能有效降低CCZTSe吸收层与金属背电极之间的势垒，有效降低载流子在界面的复合，提高空穴的收集，降低暗电流，从而提高宽禁带CCZTSe短波红外探测器的性能。本专利技术提供的CCZTSe短波红外探测器的制备方法，工艺简单，过程可控，重复性好，成本低，便于大面积生产。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对本专利技术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，下面所描述的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，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获得其他的附图。图1为本专利技术提供的CCZTSe短波红外探测器的结构示意图；图2为本专利技术提供的CCZTSe短波红外探测器的制备方法的流程示意图；图3为本专利技术提供的CCZTSe短波红外探测器的能带结构图；其中，图3(a)为本专利技术实施例1提供的金属背电极和CCZTS吸收层未设置中间层时的能带结构图；图3(b)为本专利技术实施例1提供的金属背电极和CCZTSe吸收层设置中间层为MoSe2时的能带结构图；图3(c)为本专利技术实施例1提供的金属背电极和CCZTSe吸收层设置中间层为过渡金属氧化物(二氧化硫)时的能带结构图。图3(d)为本专利技术实施例1提供的金属背电极和CCZTSe吸收层设置中间层为过渡金属氧化物(三氧化钼)时的能带结构图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本专利技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。请参阅图1，为本专利技术一实施方式提供的CCZTSe短波红外探测器100的结构示意图，包括依次层叠设置的衬底1、金属背电极2、过渡金属氧化物层3、CCZTSe吸收层4、缓冲层5、窗口层6及金属栅电极7，所述CCZTSe吸收层的禁带宽度在0.8eV-1.0eV之间，所述过渡金属氧化物本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种CCZTSe短波红外探测器，其特征在于，包括依次层叠设置的衬底、金属背电极、过渡金属氧化物层、CCZTSe吸收层、缓冲层、窗口层及金属栅电极，所述CCZTSe吸收层的禁带宽度在0.8eV-1.0eV之间，所述过渡金属氧化物层的功函数大于所述CCZTSe吸收层的功函数。/n

【技术特征摘要】
1.一种CCZTSe短波红外探测器，其特征在于，包括依次层叠设置的衬底、金属背电极、过渡金属氧化物层、CCZTSe吸收层、缓冲层、窗口层及金属栅电极，所述CCZTSe吸收层的禁带宽度在0.8eV-1.0eV之间，所述过渡金属氧化物层的功函数大于所述CCZTSe吸收层的功函数。


2.如权利要求1所述的CCZTSe短波红外探测器，其特征在于，所述衬底为钠钙玻璃或硼硅酸盐玻璃或不锈钢薄板。


3.如权利要求1所述的CCZTSe短波红外探测器，其特征在于，所述金属背电极为Mo或Au或Pt或Ni。


4.如权利要求1所述的CCZTSe短波红外探测器，其特征在于，所述过渡金属氧化物层为沉积于所述金属背电极上的一层具有高功函数的过渡金属氧化物纳米薄膜。


5.如权利要求4所述的CCZTSe短波红外探测器，其特征在于，所述过渡金属氧化物纳米薄膜的厚度为10～20nm。


6.如权利要求5所述的CCZTSe短波红外探测器，其特征在于，所述过渡金属氧化物纳米薄膜为MoO3或MoS2或MoSe2中的一种。


7.如权利要求1所述的CCZTSe短波红外探测器，其特征在于，所述CCZTSe吸收层的禁带宽度大于0.8eV，所述CCZTSe吸收层的功函数大于5.2eV，所述CCZTS吸收层厚度为1～2μm。


8.如权利要求1所述的CCZTSe短波红外探测器，其特征在于，所述CCZTSe吸收层的组分为Cu2CdxZn1-xSnSe4，其中，0≤x≤1。


9.如权利要求1所述的CCZTSe短波红外探测器，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：焦于璎，李伟民，杨春雷，冯叶，李文杰，宁德，郑雪，马明，
申请(专利权)人：深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44