[實用新型]一種基于能斯特效應和原子層熱電堆的復合光熱探測器

有效

• 申請號: 201720651651.6
• 申請日: 2017-06-07
• 公開（公告）號: CN207068892U
• 公開（公告）日: 2018-03-02
• 發明（設計）人: 宋世金;虞瀾;劉安安;胡建力;黃杰;崔凱
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: H01L31/09
• 分類號: H01L31/09;H01L27/142
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型涉及一種基于能斯特效應和原子層熱電堆的復合光熱探測器，屬于探測設備技術領域。

背景技術

橫向熱電效應從現象層面上是指溫度梯度與熱電勢方向相互垂直的熱電效應，從物理機制層面上，橫向熱電效應目前主要分為四種：能斯特效應、非對角元Seebeck效應、自旋Seebeck效應和丹倍效應。其中，能斯特效應的本質是溫差擴散載流子在外加垂直磁場下受洛倫茲力作用沿橫向定向偏轉。非對角元Seebeck效應是指在具有熱電勢各向異性的材料中，當材料的晶體學主軸和溫度梯度方向存在不為0°的夾角時，Seebeck系數張量矩陣的非對角元不為0且對熱電效應做貢獻，產生與溫度梯度方向垂直的電場，當非對角元Seebeck效應由各向異性的c軸傾斜外延薄膜實現時，該薄膜結構又叫做原子層熱電堆。自旋Seebeck效應是鐵磁材料在溫度梯度的影響下，由于自旋向上的電子和自旋向下的電子具有不同的熱電勢而產生的一種自旋累積現象。丹倍效應是指非均勻光源垂直照射在偏離樣品表面中心的位置時，使光照產生非平衡載流子的擴散電動勢沿橫向不能完全相消所致，雖然其電動勢與光照產生的溫度梯度方向相互垂直，但本質是一種光生伏特效應。

目前基于橫向熱電效應器件的應用，主要是基于非對角元Seebeck效應的原子層熱電堆光熱探測器。此類探測器具有響應波普范圍寬、響應時間塊、適用范圍廣等優勢，但由于其光熱電轉換效率低，目前尚未大規模商業化應用。究其轉換效率低的根本原因，是由于沿器件橫向上的溫差電動勢僅由Seebeck系數張量中極小的一部分提供，而其沿溫度梯度或薄膜厚度方向上更大的溫差熱電勢，由于材料維度的限制無法被捕捉、測量并利用起來。

綜上，需要新的原理與結構設計以進一步增大基于橫向熱電效應的光熱探測器。

發明內容

針對上述問題，本實用新型提供一種基于能斯特效應和原子層熱電堆的復合光熱探測器，結構中包括單晶基片、原子層熱電堆薄膜、鐵磁性薄膜、吸收層、封裝層、金屬電極，所述單晶基片為c軸斜切的單晶基片，單晶基片的c軸斜切角度0°<θ<30°，所述原子層熱電堆薄膜沿c軸傾斜外延生長在單晶基片上，在原子層熱電堆薄膜上表面相對中心位置對稱設置兩個金屬電極，兩個金屬電極由導線與電壓表輸入端連接，所述鐵磁性薄膜生長在單晶基片上并設置在原子層熱電堆薄膜的兩側，建立平行于鐵磁性薄膜、原子層熱電堆薄膜表面且垂直于橫向熱電勢方向的磁場，所述吸收層覆蓋在原子層熱電堆薄膜、鐵磁性薄膜和金屬電極上，所述封裝層覆蓋在吸收層上。

所述單晶基片為c軸取向的SrTiO₃、LaAlO₃、YSZ、LiTaO₃、Si、Al₂O₃或(La_xSr_1-x)(Al_yTa_1-y)O₃，(La_xSr_1-x)(Al_yTa_1-y)O₃中0.1≤x≤0.5，0.5≤y≤0.7。

所述原子層熱電堆薄膜為能實現原子層熱電堆橫向熱電效應的薄膜，要求薄膜材料沿不同晶體學主軸方向有結構和熱電輸運的各向異性，為YBa₂Cu₃O₇、Ca₃Co₄O₉、Ca_xCoO₂（0.4≤x≤0.6）、Na_xCoO₂（0.3≤x≤0.7）、BiCuSeO、La_1-xCa_xMnO₃（0.1≤x≤0.5）、La_1-xPb_xMnO₃（0.1≤x≤0.5）或Bi₂Sr₂CaCu₂O₈等，原子層熱電堆薄膜的厚度為50nm-1μm。

所述金屬電極的材料為Au、Ag、Cu、In或Pt。

所述導線為Au、Ag或Cu導線。