[发明专利]过渡金属氧化物在光热电探测器中的应用

说明书

本发明提供了一种过渡金属氧化物在光热电探测器中的应用方法。与传统的光电探测器相比，本发明所制作的光热电探测器具有超宽带的波谱响应、结构简单、稳定性高、灵敏度高等优点，并且原料储备广，成本低，在光探测领域极具应用价值。

技术领域

本发明属于光热电探测领域，具体涉及过渡金属氧化物在光热电探测器中的应用。

背景技术

光电探测器在民用和军用等领域具有广泛的用途：在可见光至近红外波段，主要可用于探测、工业自动控制和光度计等；在红外波段可用于红外遥感、红外热成像和导弹制导等方面。光电探测器可以将光信号转换成电信号输出，根据工作原理可以分为光子探测器和热探测器两大类。光子探测器通常采用的是半导体材料，由于受带隙限制，所探测的波长范围有限。而热探测器虽然不受波长限制，但是通常结构复杂，需要内置电源、制冷单元等，因此只能在特殊场景下应用。光热电探测器则是基于热电效应，材料吸收光能从而产生温差，再由塞贝克效应(Seebeck effect：V＝-S·ΔT，其中V为输出电压，S为Seebeck系数，ΔT为两端温差)转换成电信号输出。与传统的光探测器相比，光热电探测器不受波长限制，也不需要复杂的内置电源和制冷单元。目前已经商业化的探测器是采用传统的热电材料薄膜，组成阵列结构进行探测。该类探测器加工工艺复杂，成本高，而且对于远红外波段探测响应较慢，灵敏度低。

相对于传统热电材料，过渡金属氧化物具有稳定性高、制备简单、成本低等优点。过渡金属氧化物的ZT值普遍偏低，但是具远高于传统热电材料的塞贝克系数(CuO:600μV/K，Cu₂O:1050μV/K，ZnO：450μV/K，MnO₂：980μV/K；传统碲化铋基合金热电材料的塞贝克系数仅为100-250μV/K)，在一定温度梯度存在时，会有较大的响应电压，因此在光热电探测领域具有很好的应用前景。

发明内容

本发明目的在于提供一种响应波谱范围宽、灵敏度高、结构简单、成本低的光热电探测器。利用热电效应进行从深紫外到远红外波段的光探测。具体采取如下技术方案：

本发明一方面提供一种过渡金属氧化物在光热电探测器中的应用，所述过渡金属氧化物作为光热电探测器的探测材料。

基于以上技术方案，优选的，过渡金属元素和氧元素的化合物，其化学式可表示为M_xO_y(其中M为过渡金属原子，O为氧原子，例如CuO、Cu₂O、TiO₂、V₂O₅、Fe₂O₃、Co₃O₄、MnO₂、Cr₂O₃)。

本发明还提供一种光热电探测器，所述光热电探测器的探测材料为过渡金属氧化物。

基于以上技术方案，优选的，所述探测材料的制备方法为：将过渡金属金属氧化物粉末通过热压、放电等离子烧结处理得到块体结构的探测材料。

基于以上技术方案，优选的，所述探测材料的形状为条形块体。响应度的大小可以通过调节过渡金属氧化物块体尺寸来调节：氧化物长度越长，响应度越高，响应时间越长；氧化物宽度越窄，响应度越高，响应时间越短；氧化物厚度越薄，响应度越高，响应时间越短。

基于以上技术方案，优选的，所述光热电探测器还包括电极、绝缘底座、绝缘支架、导线、电压表；所述的，所述探测材料置于绝缘底座上；所述绝缘支架设置于光热电材料和绝缘底座之间；所述探测材料的两端分别固定电极，电极与导线连接，导线串接电压表。光源照射在探测材料和金属电极的接触处，探测材料吸收光能升温，与另一端形成温差，由塞贝克效应转化为电压信号输出，响应电压方向与温差建立方向垂直。

基于以上技术方案，优选的，所述绝缘支架为半支撑绝缘支架或全支撑绝缘支架。全支撑即为探测材料和绝缘支架完全接触，半支撑为探测材料仅有一端与绝缘支架接触。