一種基于鉍銅硒氧熱電薄膜橫向熱電效應(yīng)的光探測器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于薄膜光探測器技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種基于餓銅砸氧熱電薄膜橫向熱 電效應(yīng)的光探測器。
【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)一束光照射到C軸傾斜生長的薄膜表面上時，薄膜表層在吸收了光福射后，立 即在薄膜上下表面建立起一個溫差，如果該薄膜材料的塞貝克系數(shù)存在各向異性，則會在 薄膜表面探測到一個與溫差相垂直的開路電壓信號，該個效應(yīng)稱之為光誘導(dǎo)的橫向熱電效 應(yīng)?；诖诵?yīng)設(shè)計制備的光探測器即為橫向熱電光探測器，探測器的輸出電壓幅值可W 用W下公式表示：
[0003]
[0004] 式中1和d分別是光照射在薄膜表面的長度和樣品的厚度；0是薄膜C軸傾斜的 角度，即薄膜C軸方向和薄膜平面法線的夾角；AS=Sgb-S。是薄膜油面和C方向塞貝克系 數(shù)的差值；ATz為薄膜表面吸收光福射后在其上下表面產(chǎn)生的溫差，它和薄膜的電導(dǎo)率曰 及熱導(dǎo)率K有關(guān)。如果是脈沖光福照，材料的電導(dǎo)率越大產(chǎn)生的溫差就越大。如果是連續(xù) 光福照，材料的電導(dǎo)率越大或熱導(dǎo)率越小產(chǎn)生的溫差就越大。
[0005] 現(xiàn)有的橫向熱電光探測器探測靈敏度低，需要研究一種不同于現(xiàn)有材料的光探測 器，W實現(xiàn)光探測器不需要制冷，響應(yīng)波段寬，探測靈敏度高，能同時實現(xiàn)光和熱同時探測 的效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] Bi化SeO是一種性能優(yōu)異的P型氧化物熱電材料，該材料的塞貝克系數(shù)具有各向 異性且具有極低的熱導(dǎo)率，基于此，本發(fā)明提供了一種利用C軸傾斜生長的Bi化SeO薄膜橫 向熱電效應(yīng)制備的光探測器，該種光探測器不需要制冷，響應(yīng)波段寬，探測靈敏度高，能同 時實現(xiàn)光和熱同時探測。
[0007] 本發(fā)明為實現(xiàn)其目的采用的技術(shù)方案是：
[000引一種基于餓銅砸氧熱電薄膜橫向熱電效應(yīng)的光探測器，包括橫向熱電元件，在橫 向熱電元件上表面設(shè)置兩個對稱的金屬電極4作為電壓信號輸出端，用電極引線5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包括氧化物單晶基 片1和在氧化物單晶基片1上C軸傾斜生長的餓銅砸氧薄膜2,所述的金屬電極4設(shè)置在餓 銅砸氧薄膜2的上表面。
[0009] 所述的氧化物單晶基片1為商用C軸斜切LaAl〇3單晶、SrTiO3單晶，斜切角度為 〇D<a< 45。。
[0010] 所述的C軸傾斜生長的餓銅砸氧薄膜2的傾斜角度與氧化物單晶基片1的斜切角 度相同。
[0011] 所述的c軸傾斜生長的餓銅砸氧薄膜2的薄膜厚度為50nm-500nm。
[0012] 所述的C軸傾斜生長的餓銅砸氧薄膜2通過脈沖激光刻蝕餓銅砸氧多晶陶瓷祀制 備而成，具體為：將餓銅砸氧多晶陶瓷祀放入到PLD腔體中，通過脈沖激光沉積技術(shù)得到在 氧化物單晶基片1上C軸傾斜生長的餓銅砸氧薄膜2。
[0013] 所述的餓銅砸氧多晶陶瓷祀制備步驟包括：按化學(xué)式Bi化SeO的原子摩爾計量比 稱量Bi2〇3、單質(zhì)化、Bi和Se，進行混合得到混合物料，將混合物料在球磨機內(nèi)研磨24-4她， 將研磨后的物料壓制成厚度為2-5mm，直徑為20-30mm的圓片，將上述圓片先利用真空封管 技術(shù)將圓片封裝在石英管中然后通過高溫固相反應(yīng)法進行燒結(jié)，得到所需的餓銅砸氧多 晶陶瓷祀。
[0014] 所述的脈沖激光沉積的條件為：激光頻率3-5監(jiān)，激光能量密度1-1. 5mJ/cm2,本底 真空中a,氣氣壓0. 01-lPa，基底溫度300-400°C，基底和祀材距離50-55mm。
[0015] 所述的C軸傾斜生長的餓銅砸氧薄膜2通過脈沖激光沉積完畢后，薄膜自然冷卻 降溫至室溫，降溫時控制壓強為1〇- 3-1〇-中a。
[0016] 所述的金屬電極4為圓形，直徑為1-1. 5mm，電極之間的間距為3-15mm，電極材料 為金屬Pt、Au、Ag、A1、In。
[0017] 所述的電極引線5選用Au、Ag或化的漆包線，直徑為0. 1-0. 2mm。
[0018] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的基于餓銅砸氧薄膜橫向熱電效應(yīng)的光探測器不需 要制冷，響應(yīng)波段寬，探測靈敏度高，能同時實現(xiàn)光和熱同時探測。
[0019] 本發(fā)明經(jīng)過長期的創(chuàng)造性研究、結(jié)合公式原理最終總結(jié)出了斜切角度控制在0° <a<45°，只有在有斜切角度的薄膜中才會產(chǎn)生橫向熱電效應(yīng)，而薄膜是沿基片外延生 長的，斜切角度過大會影響薄膜的生長，而嚴(yán)格控制斜切角度為0° <a<45°該個范圍 適合本發(fā)明薄膜的生長。
【附圖說明】
[0020] 圖1為本發(fā)明一種基于餓銅砸氧薄膜橫向熱電效應(yīng)的光探測器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021] 圖2為實施例1在308皿脈沖光福照下Bi化SeO薄膜的橫向熱電光探測器的輸出 電壓-時間響應(yīng)曲線。
[0022] 圖3為實施例2在308皿脈沖光福照下Bi化SeO薄膜的橫向熱電光探測器的輸出 電壓-時間響應(yīng)曲線。
[0023] 圖4為實施例3在532皿連續(xù)可見激光照射下Bi化SeO薄膜的橫向熱電光探測器 的輸出電壓-時間響應(yīng)曲線。
[0024] 圖5為實施例4在980nm連續(xù)可見激光照射下Bi化SeO薄膜的橫向熱電光探測器 的輸出電壓-時間響應(yīng)曲線。
[00巧]圖中，1為氧化物單晶基片，2為餓銅砸氧薄膜，3為探測光束，4為金屬電極，5為金 屬導(dǎo)線，6為電壓表。
【具體實施方式】
[0026] 實施例1
[0027] 1、橫向熱電元件采用在C軸斜切3°的LaAl〇3單晶基底制備一層厚度為110皿沿 C軸傾斜生長的餓銅砸氧薄膜，傾斜角度為3°。
[0028] 具體制備過程為；按化學(xué)式Bi化SeO的原子摩爾計量比稱量Bi2〇3、單質(zhì)化、Bi 和Se，進行混合得到混合物料，將混合物料在球磨機內(nèi)研磨30h，將研磨后的物料壓制成厚 度為3mm，直徑為25mm的圓片，將上述圓片先利用真空封管技術(shù)將圓片封裝在石英管中然 后通過高溫固相反應(yīng)法進行燒結(jié)，得到所需的餓銅砸氧多晶陶瓷祀。將得到的餓銅砸氧 多晶陶瓷祀材放入到PLD腔體中，通過脈沖激光沉積技術(shù)在C軸斜切3°的LaAl〇3單晶 基底上生長C軸取向的餓銅砸氧基氧化物薄膜；薄膜沉積完畢后，控制PLD腔體的壓強為 10一3-1〇-中a,自然冷卻降溫至室溫，得到在C軸斜切3°的LaAl〇3單晶基底上沿C軸取向生 長的餓銅砸氧薄膜。
[0029] 上述制備過程中，沉積條件為：激光頻率3-5監(jiān)，激光能量密度1-1. 5mJ/cm2,本底 真空中a,氣氣壓0. 01-lPa，基底溫度300-400°C，基底和祀材距離50-55mm。
[0030] 2、在上述橫向熱電元件上表面左右對稱的鍛上In電極，電極直徑為1mm，電極間 距為8臟。
[0031] 3、將兩根直徑為0. 1mm的銅導(dǎo)線分別連接在兩個In電極上作為電極引線，兩根銅 導(dǎo)線作為輸出端與電壓表輸入端相連，電壓表輸入阻抗選用1兆歐姆檔。
[0032] 4、采用波長為308皿的脈沖光照射探測器表面中屯、位置，用電壓表記錄輸出電壓 信號，繪制探測器輸出電壓-時間響應(yīng)曲線，如圖2所示。
[0033] 由圖2可知，當(dāng)照射在薄膜上的脈沖光能量為5mJ時，輸出電壓信號的幅值為 2. 25V，探測靈敏度高達450mV/mJ。
[0034] 實施例2
[003引 1、橫向熱電元件采用在C軸斜切5°的LaAl03單晶基底制備一層厚度為110皿沿 C軸傾斜生長的餓銅砸氧薄膜，傾斜角度為5°。
[0036] 具體制備過程為：按化學(xué)式Bi化SeO的原子摩爾計量比稱量Bi2〇3、單質(zhì)化、Bi 和Se，進行混合得到混合物料，將混合物料在球磨機內(nèi)研磨30h，將研磨后的物料壓制成厚 度為3mm，直徑為25mm的圓片，將上述圓片先利用真空封管技術(shù)將圓片封裝在石英管中然 后通過高溫固相反應(yīng)法進行燒結(jié)，得到所需的餓銅砸氧多晶陶瓷祀。將得到的餓銅砸氧 多晶陶瓷祀材放入到PLD腔體中，通過脈沖激光沉積技術(shù)在C軸斜切5°的LaAl〇3單晶 基底上生長C軸取向的餓銅砸氧基氧化物薄膜；薄膜沉積完畢后，控制PLD腔體的壓強為 10一3-1〇-中a,自然冷卻降溫至室溫，得到在C軸斜切5°的LaAl〇3單晶基底上沿C軸取向生 長的餓銅砸氧薄膜。
[0037] 上述制備過程中，沉積條件為：激光頻率3-5監(jiān)，激光能量密度1-1. 5mJ/cm2,本底 真空中a,氣氣壓0. 01-lP