[發明專利]一種調制薄膜激光感生電壓的方法

有效

• 申請號: 201810237816.4
• 申請日: 2018-03-22
• 公開（公告）號: CN108534945B
• 公開（公告）日: 2021-01-05
• 發明（設計）人: 虞瀾;劉安安;宋世金;胡建力;崔凱
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: G01L11/02
• 分類號: G01L11/02;H01L41/22
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開一種調制薄膜激光感生電壓的方法，屬于功能薄膜材料領域。選取c軸傾斜的單晶壓電材料（如SiO₂、單晶Si或ZnS等）作為襯底，在單晶壓電襯底上生長具有激光感生電壓效應的外延薄膜（如在SiO₂傾斜襯底上生長ZnO、CuAlO₂或CuCr_1?xMg_xO₂薄膜、在單晶Si傾斜襯底上生長YBa₂Cu₃O_7?x、ZnO或AlN薄膜，在ZnS傾斜襯底上生長HfO₂薄膜），在壓電襯底兩端施加外電壓使襯底產生微量形變，從而使得生長在其上的薄膜Seebeck系數各向異性得到改變，因此可以靈活調制薄膜的激光感生電壓。

技術領域

本發明涉及一種調制薄膜激光感生電壓的方法，屬于功能薄膜材料領域。

背景技術

c軸傾斜外延薄膜的激光感生電壓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。其產生過程為：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溫度梯度，由于薄膜Seebeck系數的各向異性，會導致薄膜表面兩端產生一個與溫度梯度相垂直的電壓信號，電壓幅值可用以下公式來表示：

其中U為沿薄膜表面方向的激光感生電壓，l為薄膜被激光照射的有效長度，為薄膜傾斜角度，為薄膜ab面和c軸方向的Seebeck系數差值，即=S_ab-S_c，為沿薄膜厚度方向的溫度梯度。

以激光感生電壓效應為機理的激光探測器件有響應速度快、響應波長寬等特點，有巨大的應用潛力；目前，對于特定的c軸傾斜薄膜材料，其在受到固定能量密度的激光照射時，所產生的激光感生電壓峰值也為定值，不能夠實現連續可調，限制了以其為探測材料的激光探測器件的使用。

發明內容

本發明的目的在于提供一種調制薄膜激光感生電壓的方法，選取c軸傾斜的單晶壓電材料作為襯底，在單晶壓電襯底上生長具有激光感生電壓效應的外延薄膜，在壓電襯底兩端施加外電壓，控制外電壓的大小即可調制薄膜的激光感生電壓。

本發明所述c軸傾斜的單晶壓電材料為SiO₂、單晶Si或ZnS，傾斜角為5°～15°。

本發明所述單晶壓電襯底上生長的外延薄膜為：在單晶壓電襯底上生長的外延薄膜為：在SiO₂傾斜襯底上生長ZnO、CuAlO₂或者CuCr_1-xMg_xO₂薄膜、在單晶Si傾斜襯底上生長YBa₂Cu₃O_7-x、ZnO或者AlN薄膜，在ZnS傾斜襯底上生長HfO₂薄膜。

本發明所述薄膜生長方法為溶膠-凝膠法、脈沖激光沉積法、分子束外延法或者磁控濺射法。

本發明的原理：壓電材料具有逆壓電效應，即在外電場作用下壓電體會產生形變，壓電材料的晶體對稱性較低，以其作為薄膜襯底時，當其處于電場中，晶胞中正負電荷發生極化，電荷中心不再重合，引起材料的宏觀形變，進而使得襯底以及生長在其上的外延薄膜晶體結構發生變化，薄膜Seebeck系數各向異性也得到改變，根據公式，可以靈活調制薄膜的激光感生電壓峰值。

本發明的有益效果是：實現了薄膜激光感生電壓的連續可調，有利于以其為機理的激光探測器件在不同強度激光照射條件下服役；比如，激光感生電壓峰值較高的薄膜材料用于激光探測器件時，峰值電壓可能超出表頭量程，影響其使用，而在壓電襯底上加外電壓使薄膜激光感生電壓峰值降低即可解決此問題。另外，一些穩定性較高而激光感生電壓效應較弱的薄膜材料很難用于激光探測，本發明的調制方法可以實現其成為激光探測材料。