高灵敏PbSe红外探测器的制备

项目负责人 姓名 性别 学号 班级 所在学院 联系电话乔瀚蒙 女 41430258材料 1412材料学院 13161883024项目组成员 陈迪灏 男 41430269材料 1412材料学院 18401619916吴康 男 41491017材料 1413材料学院 17801055033江婷 女 41430291材料 1413材料学院 17801051702指导教师 姓名 职称 所在学院 联系电话庞晓露 副教授 材料科学与工程学院 13910128796一、项目简介（ 500字以内）红外技术作为当今高技术之一，在军事、民用等领域的运用越来越广泛。其中，红外探测器作为红外技术突显最大之一的器件，具有很大的发展潜力与研究价值。经查阅资料， PbSe薄膜具有良好的红外光敏性，已被封装制成红外探测器，并且国外的PbSe红外探测器已实现产业化生产。然而，国内的 PbSe红外探测器由于受到常规薄膜制备工艺的限制，探测率水平总体较低，器件寿命短，产品成本高。因此，优化 PbSe薄膜材料并以此制作出高灵敏度的红外探测器尤为必要。我们小组将在导师的指导下，项目主要分为两个方面： 1、学习磁控溅射技术制备 PbSe薄膜的过程，并对制备出的 PbSe薄膜进行光谱分析以及光电性能的测试，测试结果与国内 PbSe红外探测器的性能进行对比改进，选择出一批性能优良的 PbSe薄膜。 2、用性能优良的 PbSe薄膜组装集中不同的红外探测器半成品，并进行严格的性能测试，结果分析与改进。最终我们将得到一批高敏度的 PbSe红外探测器。理论研究表明，由 PbSe薄膜制成的红外探测器具有温度要求低，灵敏度高，信号易转化等特点，因此此领域具有很深的挖掘潜力，我们的创新项目意义重大。2

二、选题背景 (2000字以内 )硒 化铅（ PbS e）性质：灰色或灰黑色结晶粉末。立方晶系结构，密度 810g/cm 3。熔点 1065℃。溶于硝酸和热浓盐酸中，不溶于水。真空中由铅和硒直接反应，或用氢还原亚硒酸铅制取。 PbSe对于红外辐射假敏感，非常适合应用于红外探测。 PbSe是一种具有立方结构窄禁带半导体材料是一种直接跃迁的 Ⅳ -Ⅵ族窄带化合物半导体材料，这种材料禁带窄，为 028eV，具有较大的电子、空穴、激子玻尔半径，分别是 23nm、 23nm、 46nm。属于 NaCl型面心立方结构，晶格为 Pb和 Se组成的面心立方子晶格相互套构而成，其配位数为 6，其惯用元胞共包含 4个 PbSe基元。以 PbSe多晶薄膜制作成近红外探测器，这类器件主要利用了 PbSe的本征光电导效应。 PbSe探测器具有高的灵敏度和探测率，制造工艺简单易操作，可做成单元、多元与镶嵌阵列结构，室温下与致冷条件下均能正常工作，工作温度最大可达到 70℃ ,它是迄今为止能在干冰点工作的探测度最高的探测器。　　早在 1800年红外辐射就被发现，并开始被人们研究，而后在第二次世界大战期间被广泛的应用在军事领域。战后，以美、英为首的军事强国大力发展军事红外技术。越南战争期间，美国的机载红外前视系统被大量投入使用，越战后，英、法、西德等国也给陆海空三军装备了红外前视系统。最近二三十年来，第二和三代红外探测系统的研究和应用呈明显的上升趋势。可以这么说，红外技术的发展和应用水平已经变成了一个国家军事装备水平现代化的重要标志之一。在民用上，红外技术在工业生产、质量检测、交通运输、科学研究、安全报警、医疗保健、农作物评估、病虫害防治等方面有着广泛的应用前景。而红外探测器，是红外整机应用系统的核心部件，是一种能量转换器，它可以将接受到的红外辐射转化成其他信号。故在军用和民用方面，红外探测器均是一个不可或缺的存在。　　 PbSe红外探测器是在二次大战期间由德国发展起来的， 20世纪 50年代中期，科学家就利用高灵敏度的硫化铅红外探测器成功研制了红外制导的空空导弹，并在战场上广泛应用。近半个多世纪以来，以 PbSe红外探测器为代表的这类光电探测器，随着在军事探测，特别是在导弹预警卫星系统中的广泛应用，已验证了其性能优良，结构也从单元发展到多元，从多元发展到了焦平面阵列，最近正向着高可靠性、高灵敏度、微型化、集成化和低成本、可批量生产方向发展，这就要求 PbSe薄膜具有很好的均匀性。因此， PbSe薄膜的制备工艺也在快速的发展。近年来国内外很多研究机构和个人从高质量、高性能 PbSe薄膜这个需求着手，用许多新颖的制备方法制备出了性能优良的 PbSe薄膜。 2001年日本的 Tsukasa Torimoto等人利用电化学原子层外延的方法，在 Au(111)基片上制备 PbSe薄膜。 2001年埃及的 SM Salim等人利用 CBD法，在玻璃基片上得到 p型电导的硫化铅薄膜，并研究了薄膜的微结构。目前对 PbSe材料的研究，美国、英国等发达国家走在前列，现已有先进的 PbS e探测器出售。由于我国对半导体材料的研究起步晚，并且制备设备落后，与国际先进水平相比还有很大的差距。经调研发现，国内 PbSe探测器还大都处于材料制备阶段，未见有关于 PbSe器件的相关报道。然而，相比于国外红外技术的高速发展，当前的中国红外技术仍在缓慢发展中。国内红外探测器不仅产品品种少，而且结构简单，灵敏度差于国外红外探测器、比较高端的核心产品如非制冷焦平面阵列等器件，多从国外购买，严重地制约了国内红外市场的发展。早在 19世纪 60年代，中科院的多名院士就对PbS e红外探测器进行了研究，并取得了一些成果，但由于该技术的敏感性，近年来仅有少数厂家能生产PbSe红外探测器，且总体制造工艺比较落后，生产线老化，技术水平较低，研究进展缓慢，远远不能满足现代军事国防的需求。鉴于 PbSe探测器在军民两用上的重要作用，国内对其需求量日渐扩大，带动红外探测器更进一步的发展。因此，制作具有自主知识产权的 PbSe红外探测器，设计实用的能投入民用和军用的红外探测系统，实现该领域的技术突破迫在眉睫。在此次课题中，我们将对 PbS e多晶光敏薄膜的特性进行研究与测试，根据测试结果选用不同外壳组装成红外探测器，分组多次测验，最后选出最优化方案，制作出一个具有自主知识产权，高工艺，高技术并且具有高灵敏度的 PbSe红外探测器。3