一步法高性能硫化铅薄膜沉积技术实现室温近红外探测器商业化突破

针对传统铅盐红外探测器需高温/长时间敏化处理的产业化瓶颈，中国科学院研究人员创新开发了无需热/碘/氧敏化的化学浴沉积(CBD)技术。通过化学氧化剂调控生长机制，实现纳米晶界修饰，所制备单层PbS薄膜在室温下达到1.55×1011 cm·Hz1/2/W的峰值探测率，性能媲美商业产品，为低成本红外焦平面阵列(FPA)系统提供了工业化解决方案。

　　

红外探测技术在军事、航天和生物医学等领域具有重要应用价值，但传统冷却型探测器存在体积大、成本高的问题，而室温工作的铅盐探测器又面临复杂的敏化工艺挑战。当前主流的化学浴沉积(CBD)硫化铅(PbS)技术虽能实现室温探测，却需要多层沉积或高温碘/氧敏化处理，导致生产周期长、性能不均匀。更棘手的是，传统工艺中640℃高温敏化或72小时低温退火等步骤，严重制约着大规模商业化应用。

针对这些技术瓶颈，中国科学院的研究团队在《Applied Surface Science》发表创新成果，开发出革命性的一步法CBD-PbS薄膜技术。该研究通过引入化学氧化剂调控生长动力学，在碱性前驱体溶液中直接沉积出具有金字塔形貌的单层薄膜，其室温黑体探测率达到1.55×10¹¹ cm·Hz^1/2/W，表面呈现近镜面特性，成功规避了传统多层技术的团簇不均匀问题。关键技术包括：优化铅/硫源浓度比(1:0.96:10.24)、碱性环境控制、氧化剂浓度梯度实验，以及XRD/SEM等材料表征方法。

研究结果显示，氧化剂浓度显著影响薄膜形貌——未添加氧化剂的样品呈现800nm厚层状结构，而优化组则形成200nm的致密金字塔阵列。XRD分析证实(200)晶面择优生长，晶粒尺寸达34.6nm。电学测试表明，优化后的探测器响应时间为毫秒级，探测率比传统工艺提升近一个数量级。值得注意的是，该技术完全规避了传统工艺中650℃高温退火或14小时低温敏化步骤，使生产周期缩短80%以上。

这项研究的突破性在于：首次实现单层PbS薄膜的高性能室温探测，通过原位氧化机制替代外部敏化；提出的"浓度梯度调控生长"理论为纳米晶界工程提供新思路；简化的湿化学工艺使生产成本降低约60%。该技术不仅解决了铅盐探测器产业化的核心痛点，更为开发轻量化、低成本的红外成像系统开辟了新途径，在军民两用领域具有重大应用前景。