[发明专利]具有高灵敏横向光感生电压响应的薄膜材料及其制备方法

说明书

本发明是一种具有高灵敏横向光感生电压响应的光探测薄膜材料及其制备方法，薄膜材料为外延地或者近似外延地生长在斜切的LaAlO_3、LaSrAlO₄或SrTiO₃等单晶体衬底表面的(La_1.85‑xNd_x)A_yCuO_4+z薄膜，x的大小在0至0.7的范围内，y在0.125至0.175的范围内，z小于1，A为Sr、Ba、Pb或其组合。斜切衬底的斜切方向为，衬底的表面法向相对于衬底材料〈001〉晶向倾斜了5°—30°角度；生长在斜切衬底表面的薄膜厚度为50nm—500nm，并且，薄膜在外延生长晶面内受到由于晶格失配所产生压应力作用。采用脉冲激光、脉冲电子束或者脉冲离子束等辐照(La_1.85‑xNd_x)A_yCuO_4+z的多晶靶材，产生高能原子在800℃—920℃的温度下沉积在斜切衬底表面形成薄膜。在薄膜表面内与薄膜〈010〉晶轴垂直方向上，薄膜受光脉冲辐照可以产生高灵敏、快响应的电压信号，可以应用于光探测。

技术领域

本发明涉及一种具有高灵敏、快响应的光诱导横向电压信号的薄膜材料及其制备方法，属于光探测材料技术领域。背景技术

激光辐射检测器（传感器）被用于测量或者监测激光辐射功率，可以简单地获取和记录激光能量，是激光器中作为一些闭合回路控制装置的重要部分。实现光电转换的光敏材料是激光辐射检测器的核心部分。 常用的光辐射测量材料可以分为两大类：光子型和量热型探测材料。光子型探测器采用半导体作为光敏材料，当入射光子的能量高于能隙或杂质 能级时，将电子或空穴激发成为自由载流子，通过测量由此所产生的电压或者电导率的变化，从而使入射辐射被测量。这类材料大多只在确定而有限的光波长下工作，并且工作波长越长，信号噪声也越大，为了降低噪声，必须对光敏 材料和探测器件进行致冷，操作不甚方便。量热型探测器多是基于光敏材料受热时物理参数会发生改变的原理，通过测量物理参数的变化推知晶体接收的热辐射。例如：基于热释电效应制造的红外探测器等 。这类探测器的不足是响应慢 ，响应时间多在毫秒量级 。

一种光辐射探测器的光敏元件采用具有Seebeck系数各向异性的薄膜材料，这类材料存在非对角的Seebeck系数张量元，当激光辐照薄膜时，在垂直于薄膜表面方向上产生温差，可以在薄膜倾斜的方向上探测到激光感生热电电压（LITV）信号，由于这种电压信号与辐照激光的能量具有良好的线性关系，应用于光探测可以制作基于LITV效应的光辐射探测器，并将这类具有光诱导横向光电压效应的材料称为原子层热电堆材料。由于LITV信号的响应时间只有几百个纳秒，并且信号的上升沿时间往往只有几个或者几十个纳秒，因此，基于LITV效应的光热辐射探测器具有快响应的特点；由于光敏材料只要吸收光子能量就会在垂直于薄膜表面的方向上产生温差，从而诱导产生热电电压，因此，从紫外到红外，无论哪种频率的光辐照薄膜都会产生电压信号响应，因此，基于LITV效应的光热辐射探测器还具有宽光谱响应的特征，并且无需偏压和制冷，可以弥补传统光辐射探测器的不足。