[發明專利]一種基于摻雜鉍銅硒氧薄膜的光、熱探測器

有效

• 申請號: 201610076294.5
• 申請日: 2016-02-03
• 公開（公告）號: CN105552203B
• 公開（公告）日: 2018-04-17
• 發明（設計）人: 董國義;王蓮;閆國英;王淑芳
• 申請（專利權）人: 河北大學
• 主分類號: H01L35/16
• 分類號: H01L35/16;G01J5/12
• 代理公司: 石家莊國域專利商標事務所有限公司13112
• 代理人: 胡素梅,白海靜

技術領域

本發明涉及一種薄膜光、熱探測器，具體地說是一種基于摻雜鉍銅硒氧薄膜的光、熱探測器。

背景技術

橫向熱電效應是一種溫差和電壓方向相互垂直的熱電效應，本質是一個光-熱-電轉換過程。它可以簡單地表述為：當一束光輻照到c軸傾斜生長的薄膜表面時，會立即在其厚度方向建立起一溫度梯度由于薄膜塞貝克系數的各向異性，會導致薄膜表面兩端產生一個與溫差相垂直的開路電壓信號，電壓幅值可用以下公式來表示：

上述公式中，α為薄膜c軸傾斜角度，0°<α<45°；ΔS為薄膜ab面與c軸方向的塞貝克系數的差值；為光照在薄膜z軸方向形成的溫度梯度。近年來，橫向熱電型光(熱)探測器在科技領域備受關注。無噪聲、無需外加偏壓和制冷部件、可實現全波段光探測和各種熱探測是該類型光(熱)探測器的優勢。

現有專利CN 104900670 A公開了“一種基于鉍銅硒氧(BiCuSeO)熱電薄膜橫向熱電效應的光探測器”，該探測器利用c軸傾斜生長的BiCuSeO薄膜的橫向熱電效應，使得探測器不需要制冷，響應波段寬，探測靈敏度高，且能同時實現光和熱的探測。但是，在308nm的脈沖光照射下，該探測器的輸出電壓信號幅值最大也不超過6V，導致探測器的靈敏度仍然比較低。

發明內容

本發明的目的就是提供一種基于摻雜鉍銅硒氧薄膜的光、熱探測器，該探測器與基于本征鉍銅硒氧薄膜的光、熱探測器相比，可大幅度提高探測器的靈敏度。

本發明的目的是這樣實現的：一種基于摻雜鉍銅硒氧薄膜的光、熱探測器，包括橫向熱電元件，在所述橫向熱電元件的上表面設置有兩個對稱的金屬電極作為電壓信號的輸出端，所述金屬電極通過電極引線將橫向熱電元件的電壓信號輸出端與電壓表輸入端相連接；所述橫向熱電元件包括c軸傾斜的氧化物單晶基片及生長在所述氧化物單晶基片上c軸傾斜的摻雜鉍銅硒氧薄膜，所述金屬電極設置在所述摻雜鉍銅硒氧薄膜的上表面；所述摻雜鉍銅硒氧薄膜的化學式為Bi_1-xM_xCuSeO，其中，M為Pb、Ba、Sr、Ca或Mg，0＜x＜0.2。

所述摻雜鉍銅硒氧薄膜的厚度為50nm～500nm。

所述氧化物單晶基片為鋁酸鑭單晶或鈦酸鍶單晶。

所述氧化物單晶基片的c軸傾斜方向與所述摻雜鉍銅硒氧薄膜的c軸傾斜方向一致。

所述摻雜鉍銅硒氧薄膜的c軸傾斜角度α為0°＜α＜45°。

所述摻雜鉍銅硒氧薄膜是利用激光分子束外延或脈沖激光沉積工藝在工作腔內濺射Bi_1-xM_xCuSeO多晶陶瓷靶而形成。

所述Bi_1-xM_xCuSeO多晶陶瓷靶的制備步驟包括：按化學式Bi_1-xM_xCuSeO的原子摩爾計量比稱取Bi₂O₃、Bi、Cu、Se及元素M的氧化物或單質；將所稱取的物質混合并球磨，壓制成厚度為2mm～5mm、直徑為20mm～40mm的圓片；利用真空封管技術將所制圓片封入石英玻璃管中，再采用固相燒結工藝進行燒結，即可得到Bi_1-xM_xCuSeO多晶陶瓷靶。

所述摻雜鉍銅硒氧薄膜的制備工藝條件為：工作腔內的壓強為10^-4Pa～10^-8Pa，工作腔內充入保護氣氬氣的壓強為0.1Pa～1Pa，氧化物單晶基片與Bi_1-xM_xCuSeO多晶陶瓷靶間距離為5.5cm～7cm，激光頻率為3Hz～5Hz，沉積溫度為300℃～400℃。

兩個所述金屬電極之間的間距為3mm～30mm，金屬電極的材料為Pt、Au、Ag、Al或In。

所述電極引線為直徑為0.05mm～0.1mm的Au、Ag或Cu導線。