本发明专利技术公开一种基于碳纳米管的红外成像探测器及其制备方法。该红外成像探测器包括：衬底；若干一维半导体碳纳米管或者半导体性碳纳米管薄膜条带，位于所述衬底上；非对称接触电极，包含呈相间排布的叉指状电极结构的若干第一电极和若干第二电极。该方法首先采用蒸发驱动自组装的方法在衬底上排列若干一维半导体碳纳米管或者若干半导体性碳纳米管薄膜条带；然后在其上形成第一电极和第二电极及其金属连接线的图案形状，并蒸镀电极的金属层。本发明专利技术通过并联方式提高红外探测器的输出光电流，减小器件电阻，器件的制备工艺简单，无需掺杂即可实现红外探测，使得输出的光电流倍增，信噪比提高。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及红外光探测器，具体涉及一种基于半导体碳纳米管制备的红外成像光探测器，以及其制备方法。
技术介绍
红外光探测是在光探测领域中一个非常重要的方向，在科学领域以及工业、军事应用中得到了广泛的应用，包括监控、制造工艺控制、光通讯、生物以及军事上的夜间探测等。基于各种材料的红外光探测器目前是各国科学家的研究热点。基于传统半导体材料的红外探测器，尽管可以实现较高的量子效率以及低温下良好的极限探测性能，并且可以实现很高的探测度和很快的响应速度，但是由于技术难度大，工艺复杂，价格较高，难以更大规模应用，尤其在室温条件下的高性能宽谱红外探测器一直未能得到较好实现。碳纳米管具有优异的电学和光学性能，碳纳米管被认为是构建性能优异的红外光探测器的理想材料。碳纳米管作为典型的一维材料，具有构建高性能红外光探测器的全部性质。首先，半导体性碳纳米管是直接带隙的材料，具有对称的能带结构，并且碳管的带宽大小与其直径成反比关系，而碳管的直径可以在大范围内进行调控，这决定了碳管可以在lum-12um的范围内进行探测，这远远超过了一般的红外光探测器的探测范围。其次，碳纳米管在室温下具有很高的电子和空穴迁移率，使得碳管可以作为性能优异的导电沟道材料。此外，碳纳米管提纯技术的发展使得半导体性碳纳米管的纯度可以达到99%，并且自组装方法的应用可以获得大面积的碳管薄膜，使得碳管薄膜器件可以进行大规模加工和应用。最后，尤其重要的一点是因为碳纳米管具有独特的能带结构，半导体性碳纳米管同时具有近乎完美的电子型接触金属钪(Sc)【Z.Y.Zhang, X.L.Liang, S.Wang, Κ.Yao, Y.F.Hu, Y.Ζ.Zhu, Q.Chen, ff.ff.Zhou, Y.Li, Y.G.Yao, J.Zhang, and L.-M.Peng, NanoLetters7(12) (2007)3603]和金属钇(Y)【L.Ding, S.Wang, Ζ.Y.Zhang, Q.S.Zeng, Z.X.Wang, T.Pei, L.J.Yang, X.L.Liang, J.Shen, Q.Chen, R.L.Cui, Y.Li, and L.-M.Peng, NanoLetters9 (2009) 4209 】，以及空穴型接触金属 Pd【A.Javey, J.Guo, Q.Wang, M.Lundstrom, H.J.Dai, Nature424 (2003) 654】。采用不同的金属分别实现电子和空穴的欧姆接触为构建基于碳纳米管的高性能红外探测器的实现提供了保证。 申请人:先前在单根半导体碳纳米管两端分别采用Pd和Sc接触电极已经成功制备出高性能的光电二极管【S.Wang, L.H.Zhang, Z.Y.Zhang, L.Ding, Q.S.Zeng, Ζ.X.Wang, X.L.Liang, M.Gao, J.Shen, H.L.Xu, Q.Chen, R.L.Cui, Y.Li and Lian-MaoPeng, J.Phys.Chem.Cl 13 (2009) 6891】，如图1所示，图2是实验测量得到的图1所示碳纳米管光电二极管的电压-电流曲线，这种结构的光电二极管具有较好的光电转换特性。但作为红外光探测器的应用而言，基于这种结构的单根碳纳米管的红外探测器的一个明显的缺点是输出光电流太小，探测器的电流响应度低，无法满足实际的弱光探测需要，这主要是由于单根碳纳米管材料的对入射光相对较小的光吸收面积。此外，传统的·红外光伏探测器单个像素一般为几十平方微米，同时也可以通过级联几十甚至几百个光电二极管来提高探测器总的信噪比【Edson GomesCamargojKoichiro UenojYoshifumi KawakamijYoshitaka MoriyasujKazuhiroNagasejMasayuki SatoujHidetoshi EndojKazutoshi IshibashijNaohiro Kuzej OpticalEngineering47 (2008) 014402】。而在传统的多结级联的红外光探测器中，一般采用金属加上隧穿结的方式将不同材料或者相同材料的探测器单元进行连接，隧穿结的制备工艺复杂，需要考虑晶格匹配，带隙等多种因素，例如需要采用不同的重掺杂材料进行连接，隧穿结的性能往往决定了探测器的最后性能。鉴于单根碳管入射光吸收面积相对较小以及传统半导体制备工艺的复杂性，研究基于一维的碳管材料如何大面积制备出大阵列、室温下工作的高性能的红外光成像探测器具有极为重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述问题，提供一种基于半导体性碳纳米管的碳管红外成像光探测器，以及其制备方法，可以大面积制备大阵列、室温下工作的高性能的红外光成像探测器。本专利技术采用的技术方案如下:一种基于碳纳米管的红外成像探测器，包括:衬底；若干平行或近似平行排列的一维半导体碳纳米管或者半导体性碳纳米管薄膜条带，位于所述衬底上；非对称接触电极，位于所述一维半导体碳纳米管或者所述半导体性碳纳米管薄膜条带上，包含若干第一电极和若干第二电极，所述若干第一电极和所述若干第二电极呈相间排布的叉指状电极结构。进一步地，所述第一电极为钯电极，用于和碳纳米管形成良好P型欧姆接触；所述第二电极为钪电极或钇电极，用于和碳纳米管形成良好η型欧姆接触。所述第一电极或第二电极的金属层的厚度为50纳米以上，优选为50-100纳米。进一步地，所述半导体性碳纳米管薄膜条带的纯度为99%，其中的半导体碳纳米管是本征半导体碳纳米管。进一步地，上述并联红外光探测器是采用半导体性碳纳米管作为导电通道的，每个单元器件的导电通道长度优选为0.5-2微米，即相邻的钯电极和钪(或钇)电极之间的间隔为0.5-2微米，优选为I微米。进一步地，还包括封装层，所述封装层为能透过红外光的氧化物或者有机封装材料。所述氧化物可以是氧化铪或氧化硅等红外通光材料，所述有机封装材料可以是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等材料。进一步地，所述衬底为Si/Si02衬底。进一步地，所述电极的金属连接线可以采用与相应的电极相同的材料，如钯、钪(或钇)等，也可以采用金等其他金属代替。一种基于碳纳·米管的红外成像探测器阵列，其特征在于，包含若干红外成像探测器单元，所述红外成像探测器单元为上面所述的红外成像探测器。该阵列可以是由M*M个红外成像探测器单元构成的阵列，M为整数，M>1,比如64、128,256或其他数值；也可以是M*N个红外成像探测器单元构成的阵列，M、N为整数，M#N，Μ>1，Ν>1)。Μ、N的取值要考虑需要的成像单元的多少，依据具体情况而定。一种制备上述基于碳纳米管的红外成像探测器的方法，其步骤包括:I)采用蒸发驱动自组装的方法在衬底上排列若干一维半导体碳纳米管或者若干半导体性碳纳米管薄膜条带；2)在所述一维半导体碳纳米管或者所述半导体性碳纳米管薄膜条带上形成第一电极及其金属连接线的图案形状，然后蒸镀第一电极的金属层；3)在所述一维半导体碳纳米管或者所述半导体性碳纳米管薄膜条带上形成第二电极及其金属连接线的图案形状，然后蒸镀第二电极的金属层。进一步地，所述第一电极为钯电极，所述本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于碳纳米管的红外成像探测器，其特征在于，包括：衬底；若干平行或近似平行排列的一维半导体碳纳米管或者半导体性碳纳米管薄膜条带，位于所述衬底上；非对称接触电极，位于所述一维半导体碳纳米管或者所述半导体性碳纳米管薄膜条带上，包含若干第一电极和若干第二电极，所述若干第一电极和所述若干第二电极呈相间排布的叉指状电极结构。
【技术特征摘要】
1.一种基于碳纳米管的红外成像探测器，其特征在于，包括: 衬底； 若干平行或近似平行排列的一维半导体碳纳米管或者半导体性碳纳米管薄膜条带，位于所述衬底上； 非对称接触电极，位于所述一维半导体碳纳米管或者所述半导体性碳纳米管薄膜条带上，包含若干第一电极和若干第二电极，所述若干第一电极和所述若干第二电极呈相间排布的叉指状电极结构。2.如权利要求1所述的红外成像探测器，其特征在于:所述第一电极为钯电极，所述第二电极为钪电极或钇电极。3.如权利要求1所述的红外成像探测器，其特征在于:所述半导体性碳纳米管薄膜条带的纯度> 99%。4.如权利要求1所述的红外成像探测器，其特征在于:相邻的第一电极和第二电极之间的间距为0.5-2微米。5.如权利要求1至4中任一项所述的红外成像探测器，其特征在于:还包括封装层，所述封装层为能透过红外光的氧化物或者有机封装材料。6.如权利要求5所述的红外成像探测器，其特征在于:所述氧化物是氧化铪或...
【专利技术属性】
技术研发人员：王胜，刘旸，赵青靓，魏楠，张德辉，彭练矛，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：
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