红外量子点层及其制备方法、红外探测器及其制备方法

1.本公开涉及光学探测传感器技术领域，尤其涉及一种红外量子点层及其制备方法、红外探测器及其制备方法。


背景技术：

2.红外光电探测技术可以突破人类视觉障碍，运用光电技术以被动的方式探测物体所发出的红外辐射，并且具有全天候成像、穿透距离大、受天气影响因素小的优点，在军事侦察、医疗诊断以及工业检测等诸多领域均有广泛应用。
3.其中，由于光电效应需要入射光子能量高于材料带隙，目前红外探测元件主要利用能带间跃迁(即带间跃迁)实现光电响应；由于红外光的光子能量较小，要求对应的红外材料的带隙对应较窄。由此，红外材料通常局限于iii-v族、iv-vi族、ii-vi族等窄带半导体材料，而这些材料用于形成红外感光层时主要基于分子外延法，需要在高真空环境下生长在合适的衬底上，工艺方法复杂，难度较高，成品率较低，成本较高。


技术实现要素：

4.为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本公开提供了一种红外量子点层及其制备方法、红外探测器及其制备方法。
5.本公开提供了一种红外量子点层的制备方法，该制备方法包括：
6.将第一用量的第一类型先引物溶解在第一配体溶液中，得到第一掺杂浓度的第一类型前驱体溶液；将第二用量的第一类型先引物溶解在第一配体溶液中，得到第二掺杂浓度的第一类型前驱体溶液；将预设用量的第二类型先引物溶解在第二配体溶液中，得到第二类型前驱体溶液；其中，所述第二用量不等于所述第一用量；
7.基于所述第一掺杂浓度的第一类型前驱体溶液和所述第二类型前驱体溶液，得到第一掺杂浓度的红外量子点；基于所述第二掺杂浓度的第一类型前驱体溶液和所述第二类型前驱体溶液，得到第二掺杂浓度的红外量子点；
8.基于所述第一掺杂浓度的红外量子点，形成第一红外量子点子层；基于所述第二掺杂浓度的红外量子点，在所述第一红外量子点子层上形成第二红外量子点子层；其中，所述第一红外量子点子层和所述第二红外量子点子层构成带内跃迁型pn结。
9.可选的，所述第一类型先引物包括氯化汞，所述第一配体溶液包括油胺；所述第二类型先引物包括硒粉，所述第二配体溶液包括甲苯、哌啶以及丁基异氰化物；
10.所述将第一用量的第一类型先引物溶解在第一配体溶液中，得到第一掺杂浓度的第一类型前驱体溶液，包括：在惰性气体环境中，将0.1mmol的氯化汞溶于4ml的油胺中，在100℃下加热1个小时，然后在115℃下热平衡半个小时，生成第一透明清澈溶液；
11.所述将第二用量的第一类型先引物溶解在第一配体溶液中，得到第二掺杂浓度的第一类型前驱体溶液，包括：在惰性气体环境中，将0.13mmol的氯化汞溶于4ml的油胺中，在100℃下加热1个小时，然后在115℃下热平衡半个小时，生成第二透明清澈溶液；
12.所述将预设用量的第二类型先引物溶解在第二配体溶液中，得到第二类型前驱体溶液，包括：在惰性气体环境中，将0.1mmol的硒粉与400μl的甲苯、60μl的哌啶以及6μl的丁基异氰化物在180℃加热2小时，生成橙黄色的透明液体。
13.可选的，所述第一掺杂浓度的红外量子点为n型的hgse胶体量子点，所述第二掺杂浓度的红外量子点为p型的hgse胶体量子点；
14.所述基于所述第一掺杂浓度的第一类型前驱体溶液和所述第二类型前驱体溶液，得到第一掺杂浓度的红外量子点，包括：
15.在惰性气体环境中，将所述橙黄色的透明液体注入所述第一透明清澈溶液中，在115℃下反应5分钟；
16.脱离惰性气体环境，用冷水降温结束反应，得到n型的hgse胶体量子点溶液；
17.所述基于所述第二掺杂浓度的第一类型前驱体溶液和所述第二类型前驱体溶液，得到第二掺杂浓度的红外量子点，包括：
18.在惰性气体环境中，将所述橙黄色的透明液体注入所述第二透明清澈溶液中，在115℃下反应5分钟；
19.脱离惰性气体环境，用冷水降温结束反应，得到p型的hgse胶体量子点溶液。
20.可选的，该制备方法还包括清洗hgse胶体量子点；
21.所述hgse胶体量子包括n型的hgse胶体量子和p型的hgse胶体量子。
22.可选的，所述清洗hgse胶体量子点，包括：
23.在结束反应后的hgse胶体量子点溶液中，加入1ml的1-十二烷基硫醇、20滴的双十二烷基二甲基溴化铵以及15ml的甲醇；在7500r.p.m转速下进行第一次离心；
24.在第一次离心结束后，去掉上清液，将得到的沉淀物溶解在氯苯中，并过滤；
25.在过滤后得到的沉淀物中，加入0.5ml的1-十二烷基硫醇、10滴双十二烷基二甲基溴化铵以及15ml的甲醇；在7500r.p.m转速下进行第二次离心；
26.在第二次离心结束后，去掉上清液，将得到的沉淀物溶解在氯苯中，得到hgse胶体量子点墨水。
27.可选的，所述第一红外量子点子层为n型层，对应能级为导带内pe能级；所述第二量子点层为p型层，对应能级为导带内se能级；
28.所述基于所述第一掺杂浓度的红外量子点，形成第一红外量子点子层，包括：
29.旋涂n型的hgse胶体量子点，形成n型层；
30.所述基于所述第二掺杂浓度的红外量子点，在所述第一红外量子点子层上形成第二红外量子点子层，包括：
31.在n型层上，旋涂p型的hgse胶体量子点，形成p型层；
32.利用乙二硫醇/盐酸溶液，进行固体配体交换，形成感光层。
33.本公开还提供了一种红外量子点层，采用上述任一种制备方法制备得到；
34.所述红外量子点层包括第一红外量子点子层和与所述第一红外量子点子层接触的第二红外量子点子层，所述第一红外量子点子层和所述第二红外量子点子层构成带内跃迁型pn结。
35.本公开还提供了一种红外探测器的制备方法，该制备方法包括：
36.提供衬底；
37.在所述衬底的一侧形成底电极层；
38.在所述底电极层背离所述衬底的一侧形成红外量子点层；
39.在所述红外量子点层背离所述底电极层的一侧形成顶电极层；
40.其中，所述红外量子点层采用上述任一种制备方法形成。
41.可选的，在所述衬底的一侧形成底电极层之前，所述方法还包括：
42.在所述衬底的一侧形成多层布拉格反射镜；
43.在所述布拉格反射镜背离所述衬底的一侧形成光学隔离层；
44.其中，在所述衬底的一侧形成底电极层，包括：
45.在所述光学隔离层背离所述多层布拉格反射镜的一侧形成所述底电极层；
46.其中，所述顶电极层为全反射层；所述多层布拉格反射镜、所述光学隔离层与所述全反射层构成光学谐振腔。
47.本公开还提供了一种红外探测器，采用上述任一种制备方法制备得到。
48.本公开提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：
49.本公开提供的红外量子点层及其制备方法、红外探测器及其制备方法中，红外量子点层的制备方法包括：将第一用量的第一类型先引物溶解在第一配体溶液中，得到第一掺杂浓度的第一类型前驱体溶液；将第二用量的第一类型先引物溶解在第一配体溶液中，得到第二掺杂浓度的第一类型前驱体溶液；将预设用量的第二类型先引物溶解在第二配体溶液中，得到第二类型前驱体溶液；其中，第二用量不等于第一用量；基于第一掺杂浓度的第一类型前驱体溶液和第二类型前驱体溶液，得到第一掺杂浓度的红外量子点；基于第二掺杂浓度的第一类型前驱体溶液和第二类型前驱体溶液，得到第二掺杂浓度的红外量子点；基于第一掺杂浓度的红外量子点，形成第一红外量子点子层；基于第二掺杂浓度的红外量子点，在第一红外量子点子层上形成第二红外量子点子层；其中，第一红外量子点子层和第二红外量子点子层构成带内跃迁型pn结。由此，利用溶液法制备红外量子点，并进一步形成红外量子点层；而无需采用传统的分子外延法，打破了对衬底类型的限制，可在多种不同类型的衬底上形成该红外量子点层，并进一步形成红外探测器；同时，由于无需高真空环境，降低了制备环境要求，降低了制备成本，也不再需要衬底减薄以及倒装键合等复杂工艺，降低了工艺难度，提高了成品率，有利于满足大规模低成本的应用需求。此外，带内跃迁型pn结能够响应于较小的红外光的能量，实现光电探测，突破了红外材料对带隙的限制，有望实现宽带半导体的红外光电探测技术，极大拓宽红外材料的选择范围，丰富红外材料的制备方法；并且带内跃迁体系导带内低能级密度，可以有效抑制俄歇过程，提高材料的光电转化效率，从而提高红外探测器的探测效率和准确性。
附图说明
50.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
51.为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对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，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
52.图1为本公开实施例提供的一种红外量子点层的制备方法的流程示意图；
53.图2为本公开实施例提供的一种红外量子点层的结构示意图；
54.图3为本公开实施例提供的一种带内跃迁与带间跃迁的吸收光谱对比示意图；
55.图4为本公开实施例提供的一种带间跃迁原理示意图；
56.图5为本公开实施例提供的一种带内跃迁原理示意图；
57.图6为本公开实施例提供的另一种带内跃迁与带间跃迁的吸收光谱对比示意图；
58.图7为本公开实施例提供的一种不同掺杂浓度的hgse胶体量子点的场效应管转移曲线测量结果示意图；
59.图8为本公开实施例提供的一种hgse胶体量子点的粒径尺寸相对于相关技术中的hgse量子点的粒径尺寸的对比示意图；
60.图9为本公开实施例提供的一种不同粒径尺寸的hgse胶体量子点的吸收光谱示意图；
61.图10为本公开实施例提供的一种红外探测器的制备方法的流程示意图；
62.图11为本公开实施例提供的一种红外探测器的结构示意图；
63.图12为本公开实施例提供的另一种红外探测器的制备方法的流程示意图；
64.图13为本公开实施例提供的另一种红外探测器的结构示意图；
65.图14为本公开实施例提供的又一种红外探测器的结构示意图。
66.其中，200和400、衬底；410、底电极层；210和420、红外量子点层；211和421、第一红外量子点子层；212和422、第二红外量子点子层；430、顶电极层；440、光学谐振腔；441、多层布拉格反射镜；442、光学隔离层；443、全反射层。
具体实施方式
67.为了能够更清楚地理解本公开的上述目的、特征和优点，下面将对本公开的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
68.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本公开，但本公开还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。
69.本公开实施例提供的红外量子点层、红外探测器及其制备方法可用于光学探测传感领域，其中，利用材料的带内跃迁(光子在导带内能级的跃迁)，可以突破红外光电材料对带隙的限制，有望实现宽带半导体的红外光电探测技术，极大拓宽红外材料的选择范围，丰富红外材料的制备方法；并且带内跃迁体系导带内低能级密度，可以有效抑制俄歇过程，提高材料的光电转化效率，从而提高红外探测器的探测效率和准确性。
70.进一步地，该红外量子点层可包括胶体量子点，由于胶体量子点的比表面积较大，其表面可覆盖较多的配体，通过对配体的种类和数量进行调控，即可改造胶体量子点的电子费米面(即掺杂)，是带内跃迁光电探测技术的可选结构之一。此外，由于胶体量子点可采用热注射法合成，其具有制备成本低、液相加工可直接涂在硅电子器件上的优势，从而可极大降低红外探测器的生产成本。
71.进一步地，针对相关技术中量子点本身及量子点光伏器件的特点，本公开实施例提供的红外量子点层中，设置胶体量子点为hgse胶体量子点。具体地，hgse是一种半金属材
料，其导带位置低，可以很容易进行n型掺杂。利用热注射法合成的hgse胶体量子点在室温空气环境中拥有稳定的n型掺杂，并且可以通过调控量子点的尺寸和表面配体，改变其掺杂浓度，形成p型掺杂，在实现带内跃迁的同时，降低掺杂难度。
72.由此，本公开实施例提供的红外探测器可为基于hgse胶体量子点的带内跃迁型红外探测器。其中，通过量子点生长动力学机理，可调节量子点的粒径尺寸；并且，利用配体修饰量子点的表面，实现较高质量的带内跃迁型红外量子点感光层，即红外量子点层。进一步地，结合布拉格反射镜的光学谐振腔结构，可提高红外探测器的光电性能。
73.此外，利用热注射法制备hgse胶体量子点，并进一步形成红外量子点层；而无需采用传统的分子外延法，由此还打破了对衬底类型的限制，可在多种不同类型的衬底上形成该红外探测器；同时无需高真空环境，简化了制备环境，降低了制备成本；同时，不再需要衬底减薄以及倒装键合等复杂工艺，降低了工艺难度，提高了成品率，有利于满足大规模低成本的应用需求。
74.下面结合附图，对本公开实施例提供的红外量子点层及其制备方法、红外探测器及其制备方法进行示例性说明。
75.在一些实施例中，图1为本公开实施例提供的一种红外量子点层的制备方法的流程示意图。参照图1，该制备方法包括如下步骤：
76.s110、将第一用量的第一类型先引物溶解在第一配体溶液中，得到第一掺杂浓度的第一类型前驱体溶液；将第二用量的第一类型先引物溶解在第一配体溶液中，得到第二掺杂浓度的第一类型前驱体溶液；将预设用量的第二类型先引物溶解在第二配体溶液中，得到第二类型前驱体溶液；其中，第二用量不等于第一用量。
77.其中，通过对第一类型先引物的用量进行调控，可以调控后续步骤中生成的红外量子点的掺杂程度，从而实现不同掺杂类型的转变。
78.在一些实施例中，第一类型先引物包括氯化汞(hgcl2)，第一配体溶液包括油胺(oam)；第二类型先引物包括硒粉，第二配体溶液包括甲苯、哌啶以及丁基异氰化物。
79.基于此，在图1的基础上，s110中，将第一用量的第一类型先引物溶解在第一配体溶液中，得到第一掺杂浓度的第一类型前驱体溶液，具体可包括：在惰性气体环境中，将0.1mmol的氯化汞溶于4ml的油胺中，在100℃下加热1个小时，然后在115℃下热平衡半个小时，生成第一透明清澈溶液。
80.基于此，在图1的基础上，s110中，将第二用量的第一类型先引物溶解在第一配体溶液中，得到第二掺杂浓度的第一类型前驱体溶液，包括：在惰性气体环境中，将0.13mmol的氯化汞溶于4ml的油胺中，在100℃下加热1个小时，然后在115℃下热平衡半个小时，生成第二透明清澈溶液。
81.基于此，在图1的基础上，s110中，将预设用量的第二类型先引物溶解在第二配体溶液中，得到第二类型前驱体溶液，包括：在惰性气体环境中，将0.1mmol的硒粉与400μl的甲苯、60μl的哌啶以及6μl的丁基异氰化物在180℃加热2小时，生成橙黄色的透明液体。
82.由此，形成了用于合成红外量子点的前驱体溶液。
83.s120、基于第一掺杂浓度的第一类型前驱体溶液和第二类型前驱体溶液，得到第一掺杂浓度的红外量子点；基于第二掺杂浓度的第一类型前驱体溶液和第二类型前驱体溶液，得到第二掺杂浓度的红外量子点。
84.其中，通过将两种不同掺杂浓度的第一类型前驱体溶液分别与第二类型前驱体溶液混合，生成两种不同掺杂浓度的红外量子点，为后续成膜做准备。
85.在一些实施例中，第一掺杂浓度的红外量子点为n型的hgse胶体量子点，第二掺杂浓度的红外量子点为p型的hgse胶体量子点。
86.基于此，在图1的基础上，s120中，基于第一掺杂浓度的第一类型前驱体溶液和第二类型前驱体溶液，得到第一掺杂浓度的红外量子点，具体可包括：
87.在惰性气体环境中，将橙黄色的透明液体注入第一透明清澈溶液中，在115℃下反应5分钟；
88.脱离惰性气体环境，用冷水降温结束反应，得到n型的hgse胶体量子点溶液。
89.由此，得到n型的红外量子点。
90.基于此，在图1的基础上，s120中，基于第二掺杂浓度的第一类型前驱体溶液和第二类型前驱体溶液，得到第二掺杂浓度的红外量子点，具体可包括：
91.在惰性气体环境中，将橙黄色的透明液体注入第二透明清澈溶液中，在115℃下反应5分钟；
92.脱离惰性气体环境，用冷水降温结束反应，得到p型的hgse胶体量子点溶液。
93.由此，得到p型的红外量子点。
94.s130、基于第一掺杂浓度的红外量子点，形成第一红外量子点子层；基于第二掺杂浓度的红外量子点，在第一红外量子点子层上形成第二红外量子点子层；其中，第一红外量子点子层和第二红外量子点子层构成带内跃迁型pn结。
95.其中，分别利用两种不同掺杂浓度的红外量子点成膜，形成相互接触的第一红外量子点子层和第二红外量子点子层，以构建带内跃迁型pn结。
96.在一些实施例中，第一红外量子点子层为n型层，对应能级为导带内pe能级；第二量子点层为p型层，对应能级为导带内se能级。
97.基于此，在图1的基础上，s130中，基于第一掺杂浓度的红外量子点，形成第一红外量子点子层，具体可包括：
98.旋涂n型的hgse胶体量子点，形成n型层。
99.由此，利用n型的红外量子点，采用旋涂工艺形成了n型层。
100.基于此，在图1的基础上，s130中，基于第二掺杂浓度的红外量子点，在第一红外量子点子层上形成第二红外量子点子层，可包括：
101.在n型层上，旋涂p型的hgse胶体量子点，形成p型层；
102.利用乙二硫醇/盐酸溶液，进行固体配体交换，形成红外量子点层。
103.由此，在n型层上，利用p型的红外量子点，采用旋涂工艺形成了p型层，p型层与n型层接触，构建成了pn结。
104.进一步地，通过配体交换，利用乙二硫醇代替油胺，缩短了配体长度，有利于减小量子点之间的间隙，提高载流子迁移率。
105.在一些实施例中，该制备方法还包括清洗hgse胶体量子点，以进一步提高hgse胶体量子点的纯度；其中，hgse胶体量子可包括上文中的n型的hgse胶体量子和p型的hgse胶体量子。
106.在一些实施例中，清洗hgse胶体量子点，具体可包括：
107.在结束反应后的hgse胶体量子点溶液中，加入1ml的1-十二烷基硫醇、20滴的双十二烷基二甲基溴化铵以及15ml的甲醇；在7500r.p.m转速下进行第一次离心；
108.在第一次离心结束后，去掉上清液，将得到的沉淀物溶解在氯苯中，并过滤；
109.在过滤后得到的沉淀物中，加入0.5ml的1-十二烷基硫醇、10滴双十二烷基二甲基溴化铵以及15ml的甲醇；在7500r.p.m转速下进行第二次离心；
110.在第二次离心结束后，去掉上清液，将得到的沉淀物溶解在氯苯中，得到hgse胶体量子点墨水。
111.由此，通过两次溶解和离心的过程，可得到纯度较高的hgse胶体量子点，将其溶解在氯苯中，得到hgse胶体量子点墨水，为后续成膜过程做准备。
112.本公开实施例中，红外量子点层为带内跃迁型红外量子点层，可包括hgse胶体量子点，可采用热注射法合成，由此工艺简单，成本低，且可调节性强，容易实现多种不同类型的掺杂。
113.具体地，红外量子点层的形成可包括合成hgse胶体量子点以及成膜，合成hgse胶体量子点可包括汞前驱体的制备、硒前驱体的制备以及hgse量子点的合成。
114.具体地，汞前驱体的制备可包括：在氮气环境(例如手套箱)中，将27.2mg的氯化汞溶于4ml的油胺中，在100℃下加热1个小时，然后在115℃下热平衡半个小时，生成透明清澈溶液。
115.硒前驱体的制备可包括：在氮气环境中，将0.1mmol的硒粉与400μl的甲苯、60μl的哌啶以及6μl的丁基异氰化物在180℃加热2小时，生成橙黄色的透明液体，即得到活泼性优化的硒前驱体。
116.hgse量子点的合成可包括：将该活泼性优化的硒前驱体注入汞前驱体中，在115℃下反应5分钟；后移出手套箱，用冷水降温结束反应，得到hgse胶体量子点溶液。
117.进一步地，对hgse胶体量子点进行清洗。
118.示例性地，清洗过程可包括：取结束反应后的hgse胶体量子点溶液于离心管中，加入1ml的1-十二烷基硫醇(ddt)、20滴的双十二烷基二甲基溴化铵(ddab)，然后加入15ml的甲醇(meoh)，在7500r.p.m转速下离心6分钟。第一次离心结束后，倒掉上清液，用氯苯溶解沉淀物，并用一次性过滤器进行过滤。过滤后，加入0.5ml的ddt、10滴ddab和15ml的meoh，放入离心机中，在7500r.p.m转速下离心6分钟。最后，将沉淀物溶解在氯苯中，获得量子点墨水。
119.成膜过程可包括：利用旋涂法制备hgse红外量子点层，并利用乙二硫醇/盐酸(edt/hcl)溶液，其浓度可为2％，进行固体配体交换，以形成红外量子点层。
120.本公开实施例提供的红外量子点层的制备方法，利用溶液法制备红外量子点，并进一步形成红外量子点层；而无需采用传统的分子外延法，打破了对衬底类型的限制，可在多种不同类型的衬底上形成该红外量子点层，并进一步形成红外探测器；同时，由于无需高真空环境，降低了制备环境要求，降低了制备成本，也不再需要衬底减薄以及倒装键合等复杂工艺，降低了工艺难度，提高了成品率，有利于满足大规模低成本的应用需求。此外，带内跃迁型pn结能够响应于较小的红外光的能量，实现光电探测，突破了红外材料对带隙的限制，有望实现宽带半导体的红外光电探测技术，极大拓宽红外材料的选择范围，丰富红外材料的制备方法；并且带内跃迁体系导带内低能级密度，可以有效抑制俄歇过程，提高材料的
光电转化效率，从而提高红外探测器的探测效率和准确性。
121.本公开实施例还提供了一种红外量子点层，采用上述任一种制备方法制备得到。
122.在一些实施例中，图2为本公开实施例提供的一种红外量子点层的结构示意图。参照图2，该红外量子点层210形成在一衬底200上，可包括第一红外量子点子层211和与第一红外量子点子层211接触的第二红外量子点子层212，第一红外量子点子层211和第二红外量子点子层212构成带内跃迁型pn结。
123.示例性地，图3中，横轴w代表波数，纵轴a代表吸收率。如图2所示，基于带内跃迁，可实现中波红外(mid-ir)的探测，基于带间跃迁，可实现短波红外(sw-ir)的探测。
124.示例性地，图4和图5中，cb代表导带，vb代表价带，e
inter
代表带间跃迁的最小能量，e
intra
代表带内跃迁的能量，ef代表费米能级，hv代表红外光的入射光子的能量。对比图4和图5可知，带内跃迁在入射光子的能量较小时即可实现，如此适用于能量较小的红外光，利于实现精准探测。
125.示例性地，图6中，横轴w代表波数，纵轴p代表光电流；p1代表带间跃迁型的量子点薄膜的光电响应谱线，例如hgte量子点薄膜的光电响应谱线；p2代表带内跃迁型的量子点薄膜的光电响应谱线，例如hgse量子点薄膜的光电响应谱线。如图6所示，基于对带内跃迁型与带间跃迁型的量子点薄膜的中波红外光电响应光谱的对比可知，带内跃迁型的红外探测器对于波段有更精准的选择性，更有利于实现对红外光的精准探测。
126.同时，结合上文，红外量子点层210中，第一红外量子点子层211为n型层，其能级为导带内pe能级；第二红外量子点子层121为p型层，其能级为导带内se能级。
127.其中，通过在hgse量子点合成过程中进行掺杂调控，可实现量子点不同掺杂浓度的设置，进而形成n型层和p型层，以构建pn结，实现光电响应。
128.示例性地，在hgse量子点合成过程中，通过调控汞前驱体的浓度，例如使其在0.1mmol-0.13mmol之间变化，能够实现hgse量子点由低浓度掺杂(对应导带内se能级)到高浓度掺杂(对应导带内pe能级)的转变。
129.同时，结合上文，通过调控hgcl2先引物(即前驱体)的浓度可以调控hgse量子点的掺杂程度，利用场效应管实验对hgse量子点薄膜的掺杂程度进行测量，图7为室温下测得的不同量子点所制备的相同厚度的量子点薄膜的场效应管在同等条件下的测量结果。图7中，横轴vg代表栅极电压，纵轴isd代表源漏电流；s1代表掺杂在导带内se能级的薄膜的测试曲线，s2代表掺杂在se能级与pe能级中间的薄膜的测试曲线，s3代表掺杂在pe能级的薄膜的测试曲线。如图7所示，在三种不同的量子点的掺杂状态中，通过对源漏电流的数值的大小进行比较可知，在1se-1pe中电子填充数为2个的时候，暗电流最小，基于此构建的pn结的光电响应性能较好。
130.具体地，hgse量子点材料的导带位置在-5.50ev，而空气环境的费米能级位置在-4.70ev左右，由此hgse量子点材料较低的导带位置使其在空气常温环境下就具有较稳定的n型掺杂。由于调节量子点的尺寸可以调节其带隙大小，通过改变hgse量子点合成过程中的反应时长调节量子点尺寸，实现材料响应光谱的调控，利用合成过程中hgcl2前驱体的浓度调控可以实现量子点掺杂在导带内pe能级，导带内se能级等多种掺杂形式，从而对应形成n型层和p型层，构建光伏型红外探测器。
131.其中，通过采用溶液法形成pn结，可实现一体式制作，降低了成本，简化了流程。同
时，利用热注射法合成hgse量子点，并通过调节hgcl2前驱体的浓度来控制掺杂程度，实现利用量子点的导带内se能级到pe能级对中波红外波段的响应，利用带内跃迁能级，突破了材料的带隙对响应波段的限制。
132.在其他实施方式中，还可基于红外量子点层构建光导型红外探测器，在此不限定。
133.在一些实施例中，在图2的基础上，红外量子点层210中，hgse胶体量子点的粒径均匀性等于或小于6％。
134.示例性地，hgse胶体量子点的粒径均匀性可等于6％，或小于6％，例如5.5％、5％或其他数值，在此不限定。
135.结合上文，在合成hgse量子点时，可对其尺寸进行优化，以提高hgse量子点的粒径的均匀性。示例性地，可利用有机物基团修饰前驱体，控制其活泼性，从而调控量子点生长速度，使量子点的粒径均匀性较高，例如可从相关技术中的10％提升到本公开实施例中的6％，如图8所示。
136.如此设置，可使红外量子点层210的膜层均匀性较好，缺陷较少，从而有利于提高载流子传输效率，进而提高红外探测器的光电性能。
137.在一些实施例中，红外量子点层210中，基于对hgse胶体量子点的粒径尺寸的设置，使hgse胶体量子点的吸收光谱的吸收峰位置在2000cm-1-3000cm-1
之间。
138.示例性地，hgse胶体量子点的吸收光谱的吸收峰位置在2000cm-1
、3000cm-1
、2500cm-1
、2300cm-1
、2600cm-1-2700cm-1
或其他波段范围内，在此不限定。
139.结合上文，在合成hgse量子点时，可对其尺寸进行调控。示例性地，可通过调控hgse量子点的生长时间，即115摄氏度下的反应时长，例如3分钟-15分钟内的不同时长，来控制hgse量子点的粒径尺寸，以调控其响应波段。
140.示例性地，图9中，横轴w代表波数，纵轴a代表吸收率；a1、a2、a3和a4分别代表不同反应时长下得到的hgse量子点的吸收光谱；具体地，a1对应8分钟，a2对应5分钟，a3对应4分钟，a4对应3分钟。如图7所示，hgse量子点的吸收光谱的吸收峰位置在2000cm-1-3000cm-1
之间，且通过改变hgse量子点的合成的时间，可以改变其吸收峰位置，例如随着反应时长的增加，hgse量子点的尺寸增大，吸收峰位置向长波长方向移动，即波段红移。
141.如此设置，通过对hgse量子点的粒径尺寸的设置，可满足中波红外中不同波段的探测需求。
142.在一些实施例中，在图2的基础上，红外量子点层210中，hgse胶体量子点的表面钝化为基于hg原子与乙二硫醇的连接的钝化。
143.其中，通过对hgse量子点进行表面钝化，可避免hgse量子点氧化，延长其使用寿命；同时，结合hgse量子点的粒径尺寸调控，实现掺杂浓度的改变。
144.其中，由于汞(hg)和硫(s)的结合能较高，乙二硫醇中的硫原子与hgse量子点表面的汞原子连接，能够替代hgse量子点表面的长链油胺，避免氧化。
145.在其他实施方式中，还可采用其他类型的短链配体替代油胺，以通过配体交换实现表面钝化，在此不限定。
146.本公开实施例还提供了一种红外探测器的制备方法，在上述实施方式中的任一种红外量子点层的制备方法的基础上形成红外探测器，因此也具有上述实施方式中的技术效果。
147.在一些实施例中，图10为本公开实施例提供的一种红外探测器的制备方法的流程示意图。参照图10，该制备方法可包括如下步骤：
148.s310、提供衬底。
149.其中，衬底对形成在其上的膜层起到支撑保护作用。
150.示例性地，图11为本公开实施例提供的一种红外探测器的结构示意图。参照图11，衬底400的材料可为蓝宝石或者其他材料，选材需满足对需要探测的波段范围内的红外光具有较高的透过率和较低的吸收率，具体材料可基于红外探测器的需求设置，不限定。
151.s320、在衬底的一侧形成底电极层。
152.其中，底电极层可为透明电极层，对于需求波段的红外光具有低吸收率和高透过率，且具有良好的导电性，以满足光学性能和电学性能的需求。
153.示例性地，参照图11，底电极层410可由氧化铟锡(ito)等导电率高、稳定性强、红外光透过率高的导电材质构成；厚度可为20nm-100nm；可采用掩膜蒸镀、磁控溅射等工艺形成，在此不限定。
154.s330、在底电极层背离衬底的一侧形成红外量子点层。
155.其中，红外量子点层采用上述实施方式中的任一种制备方法形成。
156.示例性地，参照图11，在底电极层410上形成红外量子点层420，例如基于带内跃迁型中波红外hgse胶体量子点形成，可通过不同掺杂浓度的量子点层堆叠构建带内跃迁pn结，以此作为光伏型红外探测器中的光伏电池。红外量子点层420在接收到红外光时，利用带内跃迁，即电子在导带内部的跃迁实现光电转换，即基于红外光信号生成对应的电信号。
157.s340、在红外量子点层背离底电极层的一侧形成顶电极层。
158.示例性地，结合图11，底电极层410和顶电极层430能够将红外量子点层420中生成的电信号输出，以便利用外部电路对该电信号进行处理，生成探测信号。
159.至此，形成红外探测器。
160.在一些实施例中，图12为本公开实施例提供的另一种红外探测器的制备方法的流程示意图。在图10的基础上，参照图12，该制备方法中，在衬底的一侧形成底电极层之前，还包括：
161.s311、在衬底的一侧形成多层布拉格反射镜。
162.其中，在衬底上通过蒸镀、分子外延生长等方式交替生长对选定频率的光波(即需求波段的红外光)具有不同折射率的两种材料，该两种材料分别形成具有不同厚度的光滑面层，不同面层之间交替层叠，共同构建起对选定频率的光波透过的多层布拉格反射镜，从而实现选频和光学增强。
163.示例性地，多层布拉格反射镜的两种材料可由硅、锗、二氧化硅、氮化硅、氧化钛、氧化铟锡等材料中选材，对材料的要求在于：对需求波段的红外光具有较低的吸收率，同时两种材料对该波段的红外光的折射率具有较高的差值，以将尽可能多的需求波段的红外光入射到红外量子点层，提高探测准确性。
164.示例性地，多层布拉格反射镜的制备流程可包括：
165.步骤1：利用掩膜蒸镀、分子外延生长等工艺形成高折射率层。其中，高折射率层可选用五氧化三钛，或者采用高折射率的硅、caf2、mgf2等等材料；高折射率层的厚度可由所确定的需要探测的光波(即需求波段的红外光)的中心频率决定，此处不限定。
166.步骤2：利用掩膜蒸镀、分子外延生长等工艺形成低折射率层。其中，低折射率层可选用二氧化硅，或者采用低折射率的znse等材料；低折射率层的厚度由所确定的需要探测的光波的中心频率决定，在此不限定。
167.依次重复步骤1和步骤2，形成多层布拉格反射镜。
168.由此，多层布拉格反射镜具体包括：高折射率层、低折射率层、高折射率层、
……
、高折射率层，其布拉格反射镜层数(一高一低为1层)可为1-4层(图13中示出了3层)，可以根据所确定的需要探测的光波的中心频率确定，在此不限定。
169.s312、在布拉格反射镜背离衬底的一侧形成光学隔离层。
170.其中，在多层布拉格反射镜上形成一层光学隔离层，光学隔离层的厚度与折射率需满足将尽可能多的需求波段的红外光入射到红外量子点层中。
171.示例性地，光学隔离层对需求波段的红外光具有较高的透过率、较低的吸收率，并对该波段的红外光具有一定的折射率，以构建全反射界面，使进入到光学谐振腔中的红外光不再由衬底侧出射，以提高红外光的吸收量，进而提高探测精准性。
172.具体地，光学隔离层可选用二氧化硅或其他低折射率材料，其厚度由所确定的需要探测的光波的中心频率与红外量子点层的厚度共同决定，可采用掩膜蒸镀、分子外延生长等工艺形成，在此不限定。
173.基于此，在衬底的一侧形成底电极层，包括：
174.s321、在光学隔离层背离多层布拉格反射镜的一侧形成底电极层。
175.即，在光学隔离层上形成底电极层。
176.其中，顶电极层为全反射层；多层布拉格反射镜、光学隔离层与全反射层构成光学谐振腔。
177.在一些实施例中，顶电极层可采用金、银、铝、铜等金属材质，兼具电极与全反射的功能，其膜厚可为100nm-1000nm，可采用掩膜蒸镀、磁控溅射等工艺形成，在此不限定。
178.其中，在红外量子点层上设置顶电极层，该底电极同样也作为光学谐振腔的全反射层。由此，穿过红外量子点层的红外光能够被顶电极层反射，再次进入红外量子点层中，被红外量子点层吸收，从而提高红外量子点层的红外光吸收量，进而提升探测精准性。
179.如此设置，可利用光学谐振腔实现选频和增强，从而实现对需求波段的红外光的高精准性探测。
180.示例性地，图13为本公开实施例提供的另一种红外探测器的结构示意图。参照图13，该红外探测器包括衬底400、底电极层410、红外量子点层420和光学谐振腔440；其中，红外量子点层420可由表面钝化且尺寸优化的hgse胶体量子点组成；光学谐振腔140由多层布拉格反射镜141、光学隔离层142和全反射层143组成，且全反射层143用作顶电极层430，由此形成一种基于带内跃迁型的胶体量子点光学谐振腔增强型中波红外探测器。
181.本公开实施例还提供了一种红外探测器，采用上述任一种制备方法制备得到，具有对应的有益效果。
182.在一些实施例中，参照图12，该红外探测器包括衬底400、底电极层410、红外量子点层420和顶电极层430，衬底400对底电极层410、红外量子点层420以及顶电极层430起到支撑保护作用；其中，红外量子点层420能够在接收到红外光时，基于带内跃迁实现光电转换，生成电信号，顶电极层430和底电极层410将该电信号输出，以实现红外光电探测；由此
突破了材料的带隙对响应波段的限制，有利于使较多的材料应用于红外光电探测领域中。
183.在一些实施例中，图14为本公开实施例提供的又一种红外探测器的结构示意图。在图12的基础上，参照图13或图14，该红外探测器还包括：多层布拉格反射镜141，设置于衬底100与底电极层410之间；光学隔离层142，设置于多层布拉格反射镜141与底电极层410之间；其中，底电极层410的红外光透过率等于或大于预设透过率阈值，以确保较多红外光透过，提高探测准确性；顶电极层430为全反射层143，多层布拉格反射镜141、光学隔离层142及顶电极层430构成光学谐振腔140，以实现对红外光的选择性透过和增强，提高探测准确性。
184.在其他实施方式中，红外探测器还可包括其他结构或功能部件，在此不赘述也不限定。
185.需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
186.以上所述仅是本公开的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本公开。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本公开的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本公开将不会被限制于本文所述的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。