[发明专利]一种基于掺杂铋铜硒氧薄膜的光、热探测器

说明书

技术领域

本发明涉及一种薄膜光、热探测器，具体地说是一种基于掺杂铋铜硒氧薄膜的光、热探测器。

背景技术

横向热电效应是一种温差和电压方向相互垂直的热电效应，本质是一个光-热-电转换过程。它可以简单地表述为：当一束光辐照到c轴倾斜生长的薄膜表面时，会立即在其厚度方向建立起一温度梯度由于薄膜塞贝克系数的各向异性，会导致薄膜表面两端产生一个与温差相垂直的开路电压信号，电压幅值可用以下公式来表示：

上述公式中，α为薄膜c轴倾斜角度，0°<α<45°；ΔS为薄膜ab面与c轴方向的塞贝克系数的差值；为光照在薄膜z轴方向形成的温度梯度。近年来，横向热电型光(热)探测器在科技领域备受关注。无噪声、无需外加偏压和制冷部件、可实现全波段光探测和各种热探测是该类型光(热)探测器的优势。

现有专利CN 104900670 A公开了“一种基于铋铜硒氧(BiCuSeO)热电薄膜横向热电效应的光探测器”，该探测器利用c轴倾斜生长的BiCuSeO薄膜的横向热电效应，使得探测器不需要制冷，响应波段宽，探测灵敏度高，且能同时实现光和热的探测。但是，在308nm的脉冲光照射下，该探测器的输出电压信号幅值最大也不超过6V，导致探测器的灵敏度仍然比较低。

发明内容

本发明的目的就是提供一种基于掺杂铋铜硒氧薄膜的光、热探测器，该探测器与基于本征铋铜硒氧薄膜的光、热探测器相比，可大幅度提高探测器的灵敏度。

本发明的目的是这样实现的：一种基于掺杂铋铜硒氧薄膜的光、热探测器，包括横向热电元件，在所述横向热电元件的上表面设置有两个对称的金属电极作为电压信号的输出端，所述金属电极通过电极引线将横向热电元件的电压信号输出端与电压表输入端相连接；所述横向热电元件包括c轴倾斜的氧化物单晶基片及生长在所述氧化物单晶基片上c轴倾斜的掺杂铋铜硒氧薄膜，所述金属电极设置在所述掺杂铋铜硒氧薄膜的上表面；所述掺杂铋铜硒氧薄膜的化学式为Bi_1-xM_xCuSeO，其中，M为Pb、Ba、Sr、Ca或Mg，0＜x＜0.2。

所述掺杂铋铜硒氧薄膜的厚度为50nm～500nm。

所述氧化物单晶基片为铝酸镧单晶或钛酸锶单晶。

所述氧化物单晶基片的c轴倾斜方向与所述掺杂铋铜硒氧薄膜的c轴倾斜方向一致。

所述掺杂铋铜硒氧薄膜的c轴倾斜角度α为0°＜α＜45°。

所述掺杂铋铜硒氧薄膜是利用激光分子束外延或脉冲激光沉积工艺在工作腔内溅射Bi_1-xM_xCuSeO多晶陶瓷靶而形成。

所述Bi_1-xM_xCuSeO多晶陶瓷靶的制备步骤包括：按化学式Bi_1-xM_xCuSeO的原子摩尔计量比称取Bi₂O₃、Bi、Cu、Se及元素M的氧化物或单质；将所称取的物质混合并球磨，压制成厚度为2mm～5mm、直径为20mm～40mm的圆片；利用真空封管技术将所制圆片封入石英玻璃管中，再采用固相烧结工艺进行烧结，即可得到Bi_1-xM_xCuSeO多晶陶瓷靶。

所述掺杂铋铜硒氧薄膜的制备工艺条件为：工作腔内的压强为10^-4Pa～10^-8Pa，工作腔内充入保护气氩气的压强为0.1Pa～1Pa，氧化物单晶基片与Bi_1-xM_xCuSeO多晶陶瓷靶间距离为5.5cm～7cm，激光频率为3Hz～5Hz，沉积温度为300℃～400℃。

两个所述金属电极之间的间距为3mm～30mm，金属电极的材料为Pt、Au、Ag、Al或In。

所述电极引线为直径为0.05mm～0.1mm的Au、Ag或Cu导线。