[發明專利]一種快速響應的光熱感生電壓薄膜材料及用途

有效

• 申請號: 201110294899.9
• 申請日: 2011-10-08
• 公開（公告）號: CN102544347A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 虞瀾;張鵬翔;哈勃邁爾.漢斯.烏利希;晏國文;王勇
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: H01L35/22
• 分類號: H01L35/22;H01L35/28;G01J1/42
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種快響應的感生電壓材料及用途，屬于光、熱感生電壓材料和器件技術領域。

背景技術

目前，光、熱測量儀主要分為光子型測量儀和量熱型測量儀兩大類。光子型測量儀是基于半導體材料中入射光對載流子的激發，如電子空穴的產生，來測量入射光的能量。這類探測器通常有很快的時間響應，但受能帶和能級的限制，不能在寬的光譜范圍內工作。量熱型測量儀是在吸收熱量時會有物理量的變化，通過對物理量參數的監測而測量光輻射。這類器件可以在很寬的光譜范圍內工作但是需要較長的時間達到熱平衡，因此響應時間慢。并且上述兩類器件大多需要施加偏壓或偏流，從而造成暗電流、熱噪音之類的干擾，同時消耗能量。

一類新型光熱輻射探測器是基于材料Seebeck系數的各向異性。將具有Seebeck系數各向異性的材料外延生長在傾斜的單晶襯底上，用光、熱輻射到薄膜上就會產生光感生電壓。其優點是在很寬的光譜范圍（0.19μm～11μm）內都可以得到高的響應信號和快的響應時間。在鈣鈦礦結構和準鈣鈦礦結構的薄膜材料體系中，響應時間(指信號上升沿)處于50ns到微秒數量級，但是還沒有突破10ns。

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發明內容

本發明的目的在于獲得在響應時間(指信號上升沿)短于10ns，半高寬17ns，可以在很寬的光譜范圍內工作，且不需要施加任何偏壓、偏流、節省能源，工作流程簡便的光熱感生電壓材料及器件。

本發明的技術方案是：

選取La_1-xSr_xCoO₃(X=0.1-O.6)作為快響應光熱感生電壓效應的薄膜材料，其屬于鈣鈦礦（A_1-xM_xBO₃）結構類的氧化物，其中X=0.1～O.6，A為三價稀土離子，M為二價堿土金屬離子，B為Mn、Co、Fe等可變價態的過渡族金屬離子，這類氧化物具有各向異性的Seebeck系數。

采用SrTiO₃或LaAlO₃結構材料作為單晶襯底，利用脈沖激光沉積技術在5～15°傾斜的

SrTiO₃或LaAlO₃單晶襯底上生長La_1-xSr_xCoO₃薄膜。

然后在薄膜表面上的5～15°傾斜方向上制備電極，電極兩端通過同軸電纜接到高頻示波器上。

當脈寬為28ns，波長為248nm的脈沖激光照射到薄膜上，在薄膜傾斜方向上獲得響應時間7ns，半高寬17ns的快速響應的達伏特的電壓信號，由高頻示波器采集到該電壓信號。

本發明的原理：

感生電壓公式可以表示為：

???????????（1）

在（1）式中V為薄膜在襯底傾斜方向上的感生電壓；l為薄膜接受光、熱輻射的長度，d為薄膜厚度；ΔS=（S_ab-S_c），S_ab、S_c分別為ab面和c軸的Seebeck系數；ΔT為薄膜在襯底傾斜方向形成的溫度梯度；θ為單晶襯底法向與（001）軸之間的夾角，即傾斜角。

本發明的有益效果是：響應時間突破了10ns（小于10ns），可以在很寬的光譜范圍內工作，且不需要加任何的偏執電壓和電流。可以用來制作一些快速靈敏反應的光熱感生電壓探測器件，提高光、熱測量儀的反應速度，用于工業技術領域、甚至生活領域的脈沖光熱信號和軍事目標的靈敏探測和追蹤。

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附圖說明

圖1是本發明在傾斜SrTiO₃單晶襯底上生長的La_1-xSr_xCoO₃(X=0.1-O.6)薄膜示意圖及脈沖激光感生電壓原理圖。

圖2是本發明在傾斜角為10^o的SrTiO₃單晶襯底上生長的La_0.5Sr_0.5CoO₃薄膜的光感生電壓信號曲線。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。

實施例1：