磁控溅射法制备硒化铅薄膜光电探测器实现高速宽谱红外探测

本文报道了通过磁控溅射技术制备非制冷型中波红外（MWIR）硒化铅（PbSe）光电探测器（PD）的突破性进展。研究团队通过敏化处理使多晶薄膜载流子寿命提升2倍以上，迁移率提高1个数量级，暗电流降低近4个数量级，响应波段拓展至1.0-5.0 μm，峰值响应率达16 A/W，探测率>1010 Jones，响应速度从～106 μs提升至83 μs@1.55μm。该工作为大规模制备高性能红外探测器提供了新思路。

　　

Highlight

本研究采用磁控溅射技术成功制备了无性能退化、低成本、可大规模生产的硒化铅（PbSe）多晶薄膜光电探测器（PD），并通过敏化处理实现全面优化。得益于晶粒钝化工艺，载流子寿命提升超过2倍；通过导电类型调控和杂质修饰，敏化后PbSe的载流子迁移率提高1个数量级，暗电流降低近4个数量级。值得注意的是，该器件在1.0-5.0 μm光谱范围内的吸收能力显著增强，响应效率近乎翻倍。

Results and discussion

PbSe PD展现出优异的光电特性：峰值响应率超过16 A/W，峰值探测率高于10¹⁰ Jones。响应速度与响应度显著提升——敏化后响应时间从～10⁶ μs缩短至83 μs@1.55μm，对4 μm波长从无响应转变为快速响应（τ_f<1 ms）。特别值得关注的是，该器件对3-5 μm波段的黑体辐射表现出显著敏感性。

Conclusion

磁控溅射制备的PbSe是(111)晶面主导的均质致密多晶薄膜。通过氧化-碘化敏化处理，器件响应波段有效拓宽至中波红外，响应强度与速度同步提升。该研究为提升多晶薄膜红外探测器性能提供了新见解，推动了大面积中波红外探测器的发展。