[發(fā)明專利]一種多層結(jié)構(gòu)橫向熱電光探測器

有效

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• 申請日: 2013-07-15
• 公開（公告）號: CN103344328A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發(fā)明（設計）人: 王淑芳;白子龍;閆國英;傅廣生;于威;李曉葦
• 申請（專利權(quán)）人: 河北大學
• 主分類號: G01J1/42
• 分類號: G01J1/42;H01L35/02
• 代理公司: 石家莊匯科專利商標事務所 13115
• 代理人: 王琪

技術(shù)領域

本發(fā)明涉及一種多層結(jié)構(gòu)橫向熱電光探測器，屬于光探測器設備技術(shù)領域。

背景技術(shù)

當入射光照射到c軸傾斜生長的薄膜或單晶材料的上表面時，材料的上表面因吸收入射光的能量而在其上下表面產(chǎn)生一個縱向的溫度差ΔT，如果該材料的塞貝克系數(shù)各向異性，則會在其上表面沿材料傾斜生長的方向產(chǎn)生一個橫向電壓信號，這一效應稱之為橫向熱電效應。其中，橫向熱電效應輸出電壓信號的幅值與材料ab面方向和c軸方向塞貝克系數(shù)的差值ΔS、材料的c軸傾斜生長角度α二倍的正弦值及材料上下表面的溫差ΔT等成正比。近年來，利用橫向熱電效應原理設計制作的新型光探測器備受關(guān)注。這種橫向熱電光探測器除了價格低廉、不需要制冷外，還可以實現(xiàn)全光譜探測。

目前的橫向熱電光探測器均由一個橫向熱電元件組成，其探測靈敏度偏低。其次，由于這種單一結(jié)構(gòu)的橫向熱電光探測器的工作元件對紅外入射光的吸收率較小、光熱轉(zhuǎn)化效率較低，導致其對紅外光的探測靈敏度降低。再次，這種單一結(jié)構(gòu)的橫向熱電光探測器的工作元件均直接暴露在工作環(huán)境中，當入射光功率較大、工作環(huán)境較潮濕或具有腐蝕性時極易引起工作元件的破壞，降低探測器的使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種多層結(jié)構(gòu)橫向熱電光探測器，以提高探測靈敏度、延長使用壽命。

解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案是：

這種多層結(jié)構(gòu)橫向熱電光探測器，依次由導熱膠帶粘結(jié)的光吸收層，金屬銅片，橫向熱電元件和金屬支架組成，在橫向熱電元件上表面設置兩個對稱的金屬電極作為電壓信號輸出端，用電極引線將橫向熱電元件電壓信號輸出端與電壓表輸入端相連接，所述的橫向熱電元件層疊設置N組，每層之間用導熱膠帶黏合，每層引出的輸出端串聯(lián)連接。

所述的多層結(jié)構(gòu)橫向熱電光探測器，所述的橫向熱電元件為在單晶基片上c軸傾斜生長的層狀鈷氧化物熱電薄膜、高溫銅氧化物超導薄膜、或巨磁阻錳氧化物薄膜，傾斜角度90°>α>0°；或商用的c軸斜切LaALO₃單晶、SrTiO₃或Nb摻雜的SrTiO₃單晶，斜切角度90°>α>0°。

所述的多層結(jié)構(gòu)橫向熱電光探測器，橫向熱電元件的c軸傾斜生長角度或c軸斜切角度優(yōu)選45°>α>10°。

所述的多層結(jié)構(gòu)橫向熱電光探測器，所述的金屬電極為長方形或圓形，電極之間的間距為6-8mm，電極材料為金屬Pt、Au、Ag、Al或In。

所述的多層結(jié)構(gòu)橫向熱電光探測器，所述的導熱膠帶的介電強度大于38KV/mm，熱導率大于0.6W/mK，厚度為0.5mm。

所述的多層結(jié)構(gòu)橫向熱電光探測器，所述的金屬銅片為熱導率大于400W/mK的無氧銅片，其尺寸和橫向熱電元件的尺寸相同，厚度為0.1-0.5mm。

所述的多層結(jié)構(gòu)橫向熱電光探測器，所述的光吸收層包括金黑、石墨、碳納米管或石墨烯涂層，厚度為10-100μm，由常規(guī)的磁控濺射、噴涂方法制備。

所述的多層結(jié)構(gòu)橫向熱電光探測器，所述的探測器金屬外罩采用熱導率大于400W/mK的無氧銅片制成，厚度為2-3mm。

所述的多層結(jié)構(gòu)橫向熱電光探測器，其特征在于：所述的金屬導線可以選用Ag、Cu、Al等漆包線，直徑為100-250μm。

所述的多層結(jié)構(gòu)橫向熱電光探測器的制備方法包括：

A、采用熱蒸發(fā)、磁控濺射或脈沖激光沉積方法，沿著橫向熱電元件（9）材料c軸傾斜生長方向的上表面制備兩個金屬電極，兩電極位置相對于元件中心位置左右對稱，間距為6-8mm；以同樣的方式制備第二個、第三個、一直到第N個；

B、用導熱膠帶將設置金屬電極的橫向熱電元件以上下堆疊的方式粘結(jié)在一起，并保證相鄰橫向熱電元件c軸傾斜生長方向相反，導熱膠帶粘結(jié)區(qū)域應避開電極；

C、用導熱膠帶將金屬銅片固定在上述疊層橫向熱電元件組第一個橫向熱電元件的上表面；并用導熱膠帶將最底層橫向熱電元件的下表面固定在探測器的金屬外罩上；

D、在金屬銅片上涂覆光吸收層；

E、將相鄰橫向熱電元件上下對應的電極用金屬導線（2）相互連接使整個裝置形成一個串聯(lián)結(jié)構(gòu)，由金屬導線引出作為輸出端（6），與電壓表輸入端相連。