一种基于铋铜硒氧热电薄膜横向热电效应的光探测器的制造方法
一种基于铋铜硒氧热电薄膜横向热电效应的光探测器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于薄膜光探测器技术领域，具体设及一种基于饿铜砸氧热电薄膜横向热 电效应的光探测器。
【背景技术】
[0002] 当一束光照射到C轴倾斜生长的薄膜表面上时，薄膜表层在吸收了光福射后，立 即在薄膜上下表面建立起一个温差，如果该薄膜材料的塞贝克系数存在各向异性，则会在 薄膜表面探测到一个与温差相垂直的开路电压信号，该个效应称之为光诱导的横向热电效 应。基于此效应设计制备的光探测器即为横向热电光探测器，探测器的输出电压幅值可W 用W下公式表示：
[0003]
[0004] 式中1和d分别是光照射在薄膜表面的长度和样品的厚度；0是薄膜C轴倾斜的 角度，即薄膜C轴方向和薄膜平面法线的夹角；AS=Sgb-S。是薄膜油面和C方向塞贝克系 数的差值；ATz为薄膜表面吸收光福射后在其上下表面产生的温差，它和薄膜的电导率曰 及热导率K有关。如果是脉冲光福照，材料的电导率越大产生的温差就越大。如果是连续 光福照，材料的电导率越大或热导率越小产生的温差就越大。
[0005] 现有的横向热电光探测器探测灵敏度低，需要研究一种不同于现有材料的光探测 器，W实现光探测器不需要制冷，响应波段宽，探测灵敏度高，能同时实现光和热同时探测 的效果。
【发明内容】
[0006] Bi化SeO是一种性能优异的P型氧化物热电材料，该材料的塞贝克系数具有各向 异性且具有极低的热导率，基于此，本发明提供了一种利用C轴倾斜生长的Bi化SeO薄膜横 向热电效应制备的光探测器，该种光探测器不需要制冷，响应波段宽，探测灵敏度高，能同 时实现光和热同时探测。
[0007] 本发明为实现其目的采用的技术方案是：
[000引一种基于饿铜砸氧热电薄膜横向热电效应的光探测器，包括横向热电元件，在横 向热电元件上表面设置两个对称的金属电极4作为电压信号输出端，用电极引线5将横向 热电元件电压信号输出端与电压表输入端相连接，所述的横向热电元件包括氧化物单晶基 片1和在氧化物单晶基片1上C轴倾斜生长的饿铜砸氧薄膜2,所述的金属电极4设置在饿 铜砸氧薄膜2的上表面。
[0009] 所述的氧化物单晶基片1为商用C轴斜切LaAl〇3单晶、SrTiO3单晶，斜切角度为 〇D<a< 45。。
[0010] 所述的C轴倾斜生长的饿铜砸氧薄膜2的倾斜角度与氧化物单晶基片1的斜切角 度相同。
[0011] 所述的c轴倾斜生长的饿铜砸氧薄膜2的薄膜厚度为50nm-500nm。
[0012] 所述的C轴倾斜生长的饿铜砸氧薄膜2通过脉冲激光刻蚀饿铜砸氧多晶陶瓷祀制 备而成，具体为：将饿铜砸氧多晶陶瓷祀放入到PLD腔体中，通过脉冲激光沉积技术得到在 氧化物单晶基片1上C轴倾斜生长的饿铜砸氧薄膜2。
[0013] 所述的饿铜砸氧多晶陶瓷祀制备步骤包括：按化学式Bi化SeO的原子摩尔计量比 称量Bi2〇3、单质化、Bi和Se，进行混合得到混合物料，将混合物料在球磨机内研磨24-4她， 将研磨后的物料压制成厚度为2-5mm，直径为20-30mm的圆片，将上述圆片先利用真空封管 技术将圆片封装在石英管中然后通过高温固相反应法进行烧结，得到所需的饿铜砸氧多 晶陶瓷祀。
[0014] 所述的脉冲激光沉积的条件为：激光频率3-5监，激光能量密度1-1. 5mJ/cm2,本底 真空中a,氣气压0. 01-lPa，基底温度300-400°C，基底和祀材距离50-55mm。
[0015] 所述的C轴倾斜生长的饿铜砸氧薄膜2通过脉冲激光沉积完毕后，薄膜自然冷却 降温至室温，降温时控制压强为1〇- 3-1〇-中a。
[0016] 所述的金属电极4为圆形，直径为1-1. 5mm，电极之间的间距为3-15mm，电极材料 为金属Pt、Au、Ag、A1、In。
[0017] 所述的电极引线5选用Au、Ag或化的漆包线，直径为0. 1-0. 2mm。
[0018] 本发明的有益效果是：本发明的基于饿铜砸氧薄膜横向热电效应的光探测器不需 要制冷，响应波段宽，探测灵敏度高，能同时实现光和热同时探测。
[0019] 本发明经过长期的创造性研究、结合公式原理最终总结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会产生横向热电效应，而薄膜是沿基片外延生 长的，斜切角度过大会影响薄膜的生长，而严格控制斜切角度为0° <a<45°该个范围 适合本发明薄膜的生长。
【附图说明】
[0020] 图1为本发明一种基于饿铜砸氧薄膜横向热电效应的光探测器的结构示意图。
[0021] 图2为实施例1在308皿脉冲光福照下Bi化SeO薄膜的横向热电光探测器的输出 电压-时间响应曲线。
[0022] 图3为实施例2在308皿脉冲光福照下Bi化SeO薄膜的横向热电光探测器的输出 电压-时间响应曲线。
[0023] 图4为实施例3在532皿连续可见激光照射下Bi化SeO薄膜的横向热电光探测器 的输出电压-时间响应曲线。
[0024] 图5为实施例4在980nm连续可见激光照射下Bi化SeO薄膜的横向热电光探测器 的输出电压-时间响应曲线。
[00巧]图中，1为氧化物单晶基片，2为饿铜砸氧薄膜，3为探测光束，4为金属电极，5为金 属导线，6为电压表。
【具体实施方式】
[0026] 实施例1
[0027] 1、横向热电元件采用在C轴斜切3°的LaAl〇3单晶基底制备一层厚度为110皿沿 C轴倾斜生长的饿铜砸氧薄膜，倾斜角度为3°。
[0028] 具体制备过程为；按化学式Bi化SeO的原子摩尔计量比称量Bi2〇3、单质化、Bi 和Se，进行混合得到混合物料，将混合物料在球磨机内研磨30h，将研磨后的物料压制成厚 度为3mm，直径为25mm的圆片，将上述圆片先利用真空封管技术将圆片封装在石英管中然 后通过高温固相反应法进行烧结，得到所需的饿铜砸氧多晶陶瓷祀。将得到的饿铜砸氧 多晶陶瓷祀材放入到PLD腔体中，通过脉冲激光沉积技术在C轴斜切3°的LaAl〇3单晶 基底上生长C轴取向的饿铜砸氧基氧化物薄膜；薄膜沉积完毕后，控制PLD腔体的压强为 10一3-1〇-中a,自然冷却降温至室温，得到在C轴斜切3°的LaAl〇3单晶基底上沿C轴取向生 长的饿铜砸氧薄膜。
[0029] 上述制备过程中，沉积条件为：激光频率3-5监，激光能量密度1-1. 5mJ/cm2,本底 真空中a,氣气压0. 01-lPa，基底温度300-400°C，基底和祀材距离50-55mm。
[0030] 2、在上述横向热电元件上表面左右对称的锻上In电极，电极直径为1mm，电极间 距为8臟。
[0031] 3、将两根直径为0. 1mm的铜导线分别连接在两个In电极上作为电极引线，两根铜 导线作为输出端与电压表输入端相连，电压表输入阻抗选用1兆欧姆档。
[0032] 4、采用波长为308皿的脉冲光照射探测器表面中屯、位置，用电压表记录输出电压 信号，绘制探测器输出电压-时间响应曲线，如图2所示。
[0033] 由图2可知，当照射在薄膜上的脉冲光能量为5mJ时，输出电压信号的幅值为 2. 25V，探测灵敏度高达450mV/mJ。
[0034] 实施例2
[003引 1、横向热电元件采用在C轴斜切5°的LaAl03单晶基底制备一层厚度为110皿沿 C轴倾斜生长的饿铜砸氧薄膜，倾斜角度为5°。
[0036] 具体制备过程为：按化学式Bi化SeO的原子摩尔计量比称量Bi2〇3、单质化、Bi 和Se，进行混合得到混合物料，将混合物料在球磨机内研磨30h，将研磨后的物料压制成厚 度为3mm，直径为25mm的圆片，将上述圆片先利用真空封管技术将圆片封装在石英管中然 后通过高温固相反应法进行烧结，得到所需的饿铜砸氧多晶陶瓷祀。将得到的饿铜砸氧 多晶陶瓷祀材放入到PLD腔体中，通过脉冲激光沉积技术在C轴斜切5°的LaAl〇3单晶 基底上生长C轴取向的饿铜砸氧基氧化物薄膜；薄膜沉积完毕后，控制PLD腔体的压强为 10一3-1〇-中a,自然冷却降温至室温，得到在C轴斜切5°的LaAl〇3单晶基底上沿C轴取向生 长的饿铜砸氧薄膜。
[0037] 上述制备过程中，沉积条件为：激光频率3-5监，激光能量密度1-1. 5mJ/cm2,本底 真空中a,氣气压0. 01-lP a，基底温度300-400°C，基底和祀材距离50-55mm。
[0038] 2、在上述横向热电元件上表面左右对称的锻上In电极，电极直径为1mm，电极间 距为8臟。
[0039] 3、将两根直径为0. 1mm的铜导线分别连接在两个In电极上作为电极引线，两根铜 导线作为输出端与电压表输入端相连，电压表输入阻抗选用1兆欧姆档。
[0040] 4、采用波长为308nm的脉冲光照射探测器表面中屯、位置，用电压表记录输出电压 信号，绘制探测器输出电压-时间响应曲线，如图3所示。
[00川 由图3可知，当照射在薄膜上的脉冲光能量为5mJ时，输出电压信号的幅值为 5. 85V，探测灵敏度高达1170mV/mJ。
[004引实施例3
[004引 1、横向热电元件采用在C轴斜切10。的LaAl03单晶基底制备一层厚度为110皿 沿C轴倾斜生长的饿铜砸氧薄膜，倾斜角度为10°。
[0044] 具体制备过程为：按化学式Bi化SeO的原子摩尔计量比称量Bi2〇3、单质化、Bi 和Se，进行混合得到混合物料，将混合物料在球磨机内研磨30h，将研磨后的物料压制成厚 度为3mm，直径为25mm的圆片，将上述圆片先利用真空封管技术将圆片封装在石英管中然 后通过高温固相反应法进行烧结，得到所需的饿铜砸氧多晶陶瓷祀。将得到的饿铜砸氧 多晶陶瓷祀材放入到PLD腔体中，通过脉冲激光沉积技术在C轴斜切10°的LaAl〇3单晶 基底上生长C轴取向的饿铜砸氧基氧化物薄膜；薄膜沉积完毕后，控制PLD腔体的压强为 10一3-1〇-中a,自然冷却降温至室温，得到在C轴斜切10。的LaAl〇3单晶基底上沿C轴取向生 长的饿铜砸氧薄膜。
[0045] 上述制备过程中，沉积条件为：激光频率3-5监，激光能量密度1-1. 5mJ/cm2,本底 真空中a,氣气压0. 01-lPa，基底温度300-400°C，基底和祀材距离50-55mm。
[0046] 2、在上述横向热电元件上表面左右对称的锻上In电极，电极直径为1mm，电极间 距为8臟。
[0047] 3、将两根直径为0. 1mm的铜导线分别连接在两个In电极上作为电极引线，两根铜 导线作为输出端与电压表输入端相连，电压表输入阻抗选用1兆欧姆档。
[004引4、采用波长为532nm的脉冲光照射探测器表面中屯、位置，用电压表记录输出电压 信号，绘制探测器输出电压-时间响应曲线，如图4所示。
[0049] 由图4可知，当照射在薄膜上的脉冲光能量为50mW时，输出电压信号的幅值为 72yV，探测灵敏度为1. 44yV/mW。
[0050] 实施例4
[005。1、横向热电兀件义用在C轴斜切10。的LaAl03单晶基底制备一层厚度为110皿 沿C轴倾斜生长的饿铜砸氧薄膜，倾斜角度为10°。
[0052] 具体制备过程为：按化学式Bi化SeO的原子摩尔计量比称量Bi2〇3、单质化、Bi 和Se，进行混合得到混合物料，将混合物料在球磨机内研磨30h，将研磨后的物料压制成厚 度为3mm，直径为25mm的圆片，将上述圆片先利用真空封管技术将圆片封装在石英管中然 后通过高温固相反应法进行烧结，得到所需的饿铜砸氧多晶陶瓷祀。将得到的饿铜砸氧 多晶陶瓷祀材放入到PLD腔体中，通过脉冲激光沉积技术在C轴斜切10°的LaAl〇3单晶 基底上生长C轴取向的饿铜砸氧基氧化物薄膜；薄膜沉积完毕后，控制PLD腔体的压强为 10一3-1〇-中a,自然冷却降温至室温，得到在C轴斜切10。的LaAl〇3单晶基底上沿C轴取向生 长的饿铜砸氧薄膜。
[0053] 上述制备过程中，沉积条件为：激光频率3-5监，激光能量密度1-1. 5mJ/cm2,本底 真空中a,氣气压0. 01-lPa，基底温度300-400°C，基底和祀材距离50-55mm。
[0054] 2、在上述横向热电元件上表面左右对称的锻上In电极，电极直径为1mm，电极间 距为8臟。
[0055] 3、将两根直径为0. 1mm的铜导线分别连接在两个In电极上作为电极引线，两根铜 导线作为输出端与电压表输入端相连，电压表输入阻抗选用1兆欧姆档。
[0056] 4、采用波长为980nm的脉冲光照射探测器表面中屯、位置，用电压表记录输出电压 信号，绘制探测器输出电压-时间响应曲线，如图5所示。
[0057] 由图5可知，当照射在薄膜上的脉冲光能量为50mW时，输出电压信号的幅值为 120yV，探测灵敏度为2. 4yV/mW。
【主权项】
1. 一种基于铋铜硒氧热电薄膜横向热电效应的光探测器，包括横向热电元件，在横向 热电元件上表面设置两个对称的金属电极（4)作为电压信号输出端，用电极引线（5)将横 向热电元件电压信号输出端与电压表输入端相连接，其特征在于：所述的横向热电元件包 括氧化物单晶基片（1)和在氧化物单晶基片（1)上c轴倾斜生长的铋铜硒氧薄膜（2)，所述 的金属电极（4)设置在铋铜硒氧薄膜（2)的上表面。2. 根据权利要求1所述的一种基于铋铜硒氧热电薄膜横向热电效应的光探测器，其特 征在于：所述的氧化物单晶基片（1)为商用c轴斜切LaAlO3单晶、SrTiO3单晶，斜切角度为 0° <a< 45° 〇3. 根据权利要求1所述的一种基于铋铜硒氧热电薄膜横向热电效应的光探测器，其特 征在于：所述的c轴倾斜生长的铋铜硒氧薄膜（2)的倾斜角度与氧化物单晶基片（1)的斜 切角度相同。4. 根据权利要求1所述的一种基于铋铜硒氧热电薄膜横向热电效应的光探测器，其特 征在于：所述的c轴倾斜生长的祕铜硒氧薄膜（2)的薄膜厚度为50nm-500nm。5. 根据权利要求1所述的一种基于铋铜硒氧热电薄膜横向热电效应的光探测器，其特 征在于：所述的c轴倾斜生长的铋铜硒氧薄膜（2)通过脉冲激光刻蚀铋铜硒氧多晶陶瓷靶 制备而成，具体为：将铋铜硒氧多晶陶瓷靶放入到PLD腔体中，通过脉冲激光沉积技术得到 在氧化物单晶基片（1)上c轴倾斜生长的铋铜硒氧薄膜（2)。6. 根据权利要求5所述的一种基于铋铜硒氧热电薄膜横向热电效应的光探测器，其特 征在于：所述的铋铜硒氧多晶陶瓷靶制备步骤包括：按化学式BiCuSeO的原子摩尔计量比 称量Bi2O3、单质Cu、Bi和Se，进行混合得到混合物料，将混合物料在球磨机内研磨24-48h， 将研磨后的物料压制成厚度为2-5mm，直径为20-30mm的圆片，将上述圆片先利用真空封管 技术将圆片封装在石英管中然后通过高温固相反应法进行烧结，得到所需的铋铜硒氧多 晶陶瓷靶。7. 根据权利要求5所述的一种基于铋铜硒氧热电薄膜横向热电效应的光探测器，其特 征在于：所述的脉冲激光沉积的条件为：激光频率3-5HZ，激光能量密度1-1. 5mJ/cm2,本底 真空KT4-KT8Pa,氩气压0. 01-lPa，基底温度300-400°C，基底和靶材距离50-55mm。8. 根据权利要求5所述的一种基于铋铜硒氧热电薄膜横向热电效应的光探测器，其特 征在于：所述的c轴倾斜生长的铋铜硒氧薄膜（2)通过脉冲激光沉积完毕后，薄膜自然冷却 降温至室温，降温时控制压强为l(T3-l(T4Pa。9. 根据权利要求1所述的一种基于铋铜硒氧热电薄膜横向热电效应的光探测器，其特 征在于：所述的金属电极⑷为圆开$，直径为1-1. 5mm，电极之间的间距为3-15mm，电极材料 为金属Pt、Au、Ag、Al、In。10. 根据权利要求1所述的一种基于铋铜硒氧热电薄膜横向热电效应的光探测器，其 特征在于：所述的电极引线（5)选用Au、Ag或Cu的漆包线，直径为0. 1-0. 2_。
【专利摘要】一种基于铋铜硒氧热电薄膜横向热电效应的光探测器，包括横向热电元件，在横向热电元件上表面设置两个对称的金属电极作为电压信号输出端，用电极引线将横向热电元件电压信号输出端与电压表输入端相连接，其特征在于：所述的横向热电元件包括氧化物单晶基片和在氧化物单晶基片上c轴倾斜生长的铋铜硒氧薄膜，所述的金属电极设置在铋铜硒氧薄膜的上表面。本发明的基于铋铜硒氧薄膜横向热电效应的光探测器不需要制冷，响应波段宽，探测灵敏度高，能同时实现光和热同时探测。
【IPC分类】H01L27/16, H01L35/14
【公开号】CN104900670
【申请号】CN201510262247
【发明人】王淑芳, 吴晓琳, 闫国英, 王莲, 王江龙, 傅广生
【申请人】河北大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月21日
【技术领域】
[0001] 本发明属于薄膜光探测器技术领域，具体设及一种基于饿铜砸氧热电薄膜横向热 电效应的光探测器。
【背景技术】
[0002] 当一束光照射到C轴倾斜生长的薄膜表面上时，薄膜表层在吸收了光福射后，立 即在薄膜上下表面建立起一个温差，如果该薄膜材料的塞贝克系数存在各向异性，则会在 薄膜表面探测到一个与温差相垂直的开路电压信号，该个效应称之为光诱导的横向热电效 应。基于此效应设计制备的光探测器即为横向热电光探测器，探测器的输出电压幅值可W 用W下公式表示：
[0003]
[0004] 式中1和d分别是光照射在薄膜表面的长度和样品的厚度；0是薄膜C轴倾斜的 角度，即薄膜C轴方向和薄膜平面法线的夹角；AS=Sgb-S。是薄膜油面和C方向塞贝克系 数的差值；ATz为薄膜表面吸收光福射后在其上下表面产生的温差，它和薄膜的电导率曰 及热导率K有关。如果是脉冲光福照，材料的电导率越大产生的温差就越大。如果是连续 光福照，材料的电导率越大或热导率越小产生的温差就越大。
[0005] 现有的横向热电光探测器探测灵敏度低，需要研究一种不同于现有材料的光探测 器，W实现光探测器不需要制冷，响应波段宽，探测灵敏度高，能同时实现光和热同时探测 的效果。
【发明内容】
[0006] Bi化SeO是一种性能优异的P型氧化物热电材料，该材料的塞贝克系数具有各向 异性且具有极低的热导率，基于此，本发明提供了一种利用C轴倾斜生长的Bi化SeO薄膜横 向热电效应制备的光探测器，该种光探测器不需要制冷，响应波段宽，探测灵敏度高，能同 时实现光和热同时探测。
[0007] 本发明为实现其目的采用的技术方案是：
[000引一种基于饿铜砸氧热电薄膜横向热电效应的光探测器，包括横向热电元件，在横 向热电元件上表面设置两个对称的金属电极4作为电压信号输出端，用电极引线5将横向 热电元件电压信号输出端与电压表输入端相连接，所述的横向热电元件包括氧化物单晶基 片1和在氧化物单晶基片1上C轴倾斜生长的饿铜砸氧薄膜2,所述的金属电极4设置在饿 铜砸氧薄膜2的上表面。
[0009] 所述的氧化物单晶基片1为商用C轴斜切LaAl〇3单晶、SrTiO3单晶，斜切角度为 〇D<a< 45。。
[0010] 所述的C轴倾斜生长的饿铜砸氧薄膜2的倾斜角度与氧化物单晶基片1的斜切角 度相同。
[0011] 所述的c轴倾斜生长的饿铜砸氧薄膜2的薄膜厚度为50nm-500nm。
[0012] 所述的C轴倾斜生长的饿铜砸氧薄膜2通过脉冲激光刻蚀饿铜砸氧多晶陶瓷祀制 备而成，具体为：将饿铜砸氧多晶陶瓷祀放入到PLD腔体中，通过脉冲激光沉积技术得到在 氧化物单晶基片1上C轴倾斜生长的饿铜砸氧薄膜2。
[0013] 所述的饿铜砸氧多晶陶瓷祀制备步骤包括：按化学式Bi化SeO的原子摩尔计量比 称量Bi2〇3、单质化、Bi和Se，进行混合得到混合物料，将混合物料在球磨机内研磨24-4她， 将研磨后的物料压制成厚度为2-5mm，直径为20-30mm的圆片，将上述圆片先利用真空封管 技术将圆片封装在石英管中然后通过高温固相反应法进行烧结，得到所需的饿铜砸氧多 晶陶瓷祀。
[0014] 所述的脉冲激光沉积的条件为：激光频率3-5监，激光能量密度1-1. 5mJ/cm2,本底 真空中a,氣气压0. 01-lPa，基底温度300-400°C，基底和祀材距离50-55mm。
[0015] 所述的C轴倾斜生长的饿铜砸氧薄膜2通过脉冲激光沉积完毕后，薄膜自然冷却 降温至室温，降温时控制压强为1〇- 3-1〇-中a。
[0016] 所述的金属电极4为圆形，直径为1-1. 5mm，电极之间的间距为3-15mm，电极材料 为金属Pt、Au、Ag、A1、In。
[0017] 所述的电极引线5选用Au、Ag或化的漆包线，直径为0. 1-0. 2mm。
[0018] 本发明的有益效果是：本发明的基于饿铜砸氧薄膜横向热电效应的光探测器不需 要制冷，响应波段宽，探测灵敏度高，能同时实现光和热同时探测。
[0019] 本发明经过长期的创造性研究、结合公式原理最终总结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会产生横向热电效应，而薄膜是沿基片外延生 长的，斜切角度过大会影响薄膜的生长，而严格控制斜切角度为0° <a<45°该个范围 适合本发明薄膜的生长。
【附图说明】
[0020] 图1为本发明一种基于饿铜砸氧薄膜横向热电效应的光探测器的结构示意图。
[0021] 图2为实施例1在308皿脉冲光福照下Bi化SeO薄膜的横向热电光探测器的输出 电压-时间响应曲线。
[0022] 图3为实施例2在308皿脉冲光福照下Bi化SeO薄膜的横向热电光探测器的输出 电压-时间响应曲线。
[0023] 图4为实施例3在532皿连续可见激光照射下Bi化SeO薄膜的横向热电光探测器 的输出电压-时间响应曲线。
[0024] 图5为实施例4在980nm连续可见激光照射下Bi化SeO薄膜的横向热电光探测器 的输出电压-时间响应曲线。
[00巧]图中，1为氧化物单晶基片，2为饿铜砸氧薄膜，3为探测光束，4为金属电极，5为金 属导线，6为电压表。
【具体实施方式】
[0026] 实施例1
[0027] 1、横向热电元件采用在C轴斜切3°的LaAl〇3单晶基底制备一层厚度为110皿沿 C轴倾斜生长的饿铜砸氧薄膜，倾斜角度为3°。
[0028] 具体制备过程为；按化学式Bi化SeO的原子摩尔计量比称量Bi2〇3、单质化、Bi 和Se，进行混合得到混合物料，将混合物料在球磨机内研磨30h，将研磨后的物料压制成厚 度为3mm，直径为25mm的圆片，将上述圆片先利用真空封管技术将圆片封装在石英管中然 后通过高温固相反应法进行烧结，得到所需的饿铜砸氧多晶陶瓷祀。将得到的饿铜砸氧 多晶陶瓷祀材放入到PLD腔体中，通过脉冲激光沉积技术在C轴斜切3°的LaAl〇3单晶 基底上生长C轴取向的饿铜砸氧基氧化物薄膜；薄膜沉积完毕后，控制PLD腔体的压强为 10一3-1〇-中a,自然冷却降温至室温，得到在C轴斜切3°的LaAl〇3单晶基底上沿C轴取向生 长的饿铜砸氧薄膜。
[0029] 上述制备过程中，沉积条件为：激光频率3-5监，激光能量密度1-1. 5mJ/cm2,本底 真空中a,氣气压0. 01-lPa，基底温度300-400°C，基底和祀材距离50-55mm。
[0030] 2、在上述横向热电元件上表面左右对称的锻上In电极，电极直径为1mm，电极间 距为8臟。
[0031] 3、将两根直径为0. 1mm的铜导线分别连接在两个In电极上作为电极引线，两根铜 导线作为输出端与电压表输入端相连，电压表输入阻抗选用1兆欧姆档。
[0032] 4、采用波长为308皿的脉冲光照射探测器表面中屯、位置，用电压表记录输出电压 信号，绘制探测器输出电压-时间响应曲线，如图2所示。
[0033] 由图2可知，当照射在薄膜上的脉冲光能量为5mJ时，输出电压信号的幅值为 2. 25V，探测灵敏度高达450mV/mJ。
[0034] 实施例2
[003引 1、横向热电元件采用在C轴斜切5°的LaAl03单晶基底制备一层厚度为110皿沿 C轴倾斜生长的饿铜砸氧薄膜，倾斜角度为5°。
[0036] 具体制备过程为：按化学式Bi化SeO的原子摩尔计量比称量Bi2〇3、单质化、Bi 和Se，进行混合得到混合物料，将混合物料在球磨机内研磨30h，将研磨后的物料压制成厚 度为3mm，直径为25mm的圆片，将上述圆片先利用真空封管技术将圆片封装在石英管中然 后通过高温固相反应法进行烧结，得到所需的饿铜砸氧多晶陶瓷祀。将得到的饿铜砸氧 多晶陶瓷祀材放入到PLD腔体中，通过脉冲激光沉积技术在C轴斜切5°的LaAl〇3单晶 基底上生长C轴取向的饿铜砸氧基氧化物薄膜；薄膜沉积完毕后，控制PLD腔体的压强为 10一3-1〇-中a,自然冷却降温至室温，得到在C轴斜切5°的LaAl〇3单晶基底上沿C轴取向生 长的饿铜砸氧薄膜。
[0037] 上述制备过程中，沉积条件为：激光频率3-5监，激光能量密度1-1. 5mJ/cm2,本底 真空中a,氣气压0. 01-lP a，基底温度300-400°C，基底和祀材距离50-55mm。
[0038] 2、在上述横向热电元件上表面左右对称的锻上In电极，电极直径为1mm，电极间 距为8臟。
[0039] 3、将两根直径为0. 1mm的铜导线分别连接在两个In电极上作为电极引线，两根铜 导线作为输出端与电压表输入端相连，电压表输入阻抗选用1兆欧姆档。
[0040] 4、采用波长为308nm的脉冲光照射探测器表面中屯、位置，用电压表记录输出电压 信号，绘制探测器输出电压-时间响应曲线，如图3所示。
[00川 由图3可知，当照射在薄膜上的脉冲光能量为5mJ时，输出电压信号的幅值为 5. 85V，探测灵敏度高达1170mV/mJ。
[004引实施例3
[004引 1、横向热电元件采用在C轴斜切10。的LaAl03单晶基底制备一层厚度为110皿 沿C轴倾斜生长的饿铜砸氧薄膜，倾斜角度为10°。
[0044] 具体制备过程为：按化学式Bi化SeO的原子摩尔计量比称量Bi2〇3、单质化、Bi 和Se，进行混合得到混合物料，将混合物料在球磨机内研磨30h，将研磨后的物料压制成厚 度为3mm，直径为25mm的圆片，将上述圆片先利用真空封管技术将圆片封装在石英管中然 后通过高温固相反应法进行烧结，得到所需的饿铜砸氧多晶陶瓷祀。将得到的饿铜砸氧 多晶陶瓷祀材放入到PLD腔体中，通过脉冲激光沉积技术在C轴斜切10°的LaAl〇3单晶 基底上生长C轴取向的饿铜砸氧基氧化物薄膜；薄膜沉积完毕后，控制PLD腔体的压强为 10一3-1〇-中a,自然冷却降温至室温，得到在C轴斜切10。的LaAl〇3单晶基底上沿C轴取向生 长的饿铜砸氧薄膜。
[0045] 上述制备过程中，沉积条件为：激光频率3-5监，激光能量密度1-1. 5mJ/cm2,本底 真空中a,氣气压0. 01-lPa，基底温度300-400°C，基底和祀材距离50-55mm。
[0046] 2、在上述横向热电元件上表面左右对称的锻上In电极，电极直径为1mm，电极间 距为8臟。
[0047] 3、将两根直径为0. 1mm的铜导线分别连接在两个In电极上作为电极引线，两根铜 导线作为输出端与电压表输入端相连，电压表输入阻抗选用1兆欧姆档。
[004引4、采用波长为532nm的脉冲光照射探测器表面中屯、位置，用电压表记录输出电压 信号，绘制探测器输出电压-时间响应曲线，如图4所示。
[0049] 由图4可知，当照射在薄膜上的脉冲光能量为50mW时，输出电压信号的幅值为 72yV，探测灵敏度为1. 44yV/mW。
[0050] 实施例4
[005。1、横向热电兀件义用在C轴斜切10。的LaAl03单晶基底制备一层厚度为110皿 沿C轴倾斜生长的饿铜砸氧薄膜，倾斜角度为10°。
[0052] 具体制备过程为：按化学式Bi化SeO的原子摩尔计量比称量Bi2〇3、单质化、Bi 和Se，进行混合得到混合物料，将混合物料在球磨机内研磨30h，将研磨后的物料压制成厚 度为3mm，直径为25mm的圆片，将上述圆片先利用真空封管技术将圆片封装在石英管中然 后通过高温固相反应法进行烧结，得到所需的饿铜砸氧多晶陶瓷祀。将得到的饿铜砸氧 多晶陶瓷祀材放入到PLD腔体中，通过脉冲激光沉积技术在C轴斜切10°的LaAl〇3单晶 基底上生长C轴取向的饿铜砸氧基氧化物薄膜；薄膜沉积完毕后，控制PLD腔体的压强为 10一3-1〇-中a,自然冷却降温至室温，得到在C轴斜切10。的LaAl〇3单晶基底上沿C轴取向生 长的饿铜砸氧薄膜。
[0053] 上述制备过程中，沉积条件为：激光频率3-5监，激光能量密度1-1. 5mJ/cm2,本底 真空中a,氣气压0. 01-lPa，基底温度300-400°C，基底和祀材距离50-55mm。
[0054] 2、在上述横向热电元件上表面左右对称的锻上In电极，电极直径为1mm，电极间 距为8臟。
[0055] 3、将两根直径为0. 1mm的铜导线分别连接在两个In电极上作为电极引线，两根铜 导线作为输出端与电压表输入端相连，电压表输入阻抗选用1兆欧姆档。
[0056] 4、采用波长为980nm的脉冲光照射探测器表面中屯、位置，用电压表记录输出电压 信号，绘制探测器输出电压-时间响应曲线，如图5所示。
[0057] 由图5可知，当照射在薄膜上的脉冲光能量为50mW时，输出电压信号的幅值为 120yV，探测灵敏度为2. 4yV/mW。
【主权项】
1. 一种基于铋铜硒氧热电薄膜横向热电效应的光探测器，包括横向热电元件，在横向 热电元件上表面设置两个对称的金属电极（4)作为电压信号输出端，用电极引线（5)将横 向热电元件电压信号输出端与电压表输入端相连接，其特征在于：所述的横向热电元件包 括氧化物单晶基片（1)和在氧化物单晶基片（1)上c轴倾斜生长的铋铜硒氧薄膜（2)，所述 的金属电极（4)设置在铋铜硒氧薄膜（2)的上表面。2. 根据权利要求1所述的一种基于铋铜硒氧热电薄膜横向热电效应的光探测器，其特 征在于：所述的氧化物单晶基片（1)为商用c轴斜切LaAlO3单晶、SrTiO3单晶，斜切角度为 0° <a< 45° 〇3. 根据权利要求1所述的一种基于铋铜硒氧热电薄膜横向热电效应的光探测器，其特 征在于：所述的c轴倾斜生长的铋铜硒氧薄膜（2)的倾斜角度与氧化物单晶基片（1)的斜 切角度相同。4. 根据权利要求1所述的一种基于铋铜硒氧热电薄膜横向热电效应的光探测器，其特 征在于：所述的c轴倾斜生长的祕铜硒氧薄膜（2)的薄膜厚度为50nm-500nm。5. 根据权利要求1所述的一种基于铋铜硒氧热电薄膜横向热电效应的光探测器，其特 征在于：所述的c轴倾斜生长的铋铜硒氧薄膜（2)通过脉冲激光刻蚀铋铜硒氧多晶陶瓷靶 制备而成，具体为：将铋铜硒氧多晶陶瓷靶放入到PLD腔体中，通过脉冲激光沉积技术得到 在氧化物单晶基片（1)上c轴倾斜生长的铋铜硒氧薄膜（2)。6. 根据权利要求5所述的一种基于铋铜硒氧热电薄膜横向热电效应的光探测器，其特 征在于：所述的铋铜硒氧多晶陶瓷靶制备步骤包括：按化学式BiCuSeO的原子摩尔计量比 称量Bi2O3、单质Cu、Bi和Se，进行混合得到混合物料，将混合物料在球磨机内研磨24-48h， 将研磨后的物料压制成厚度为2-5mm，直径为20-30mm的圆片，将上述圆片先利用真空封管 技术将圆片封装在石英管中然后通过高温固相反应法进行烧结，得到所需的铋铜硒氧多 晶陶瓷靶。7. 根据权利要求5所述的一种基于铋铜硒氧热电薄膜横向热电效应的光探测器，其特 征在于：所述的脉冲激光沉积的条件为：激光频率3-5HZ，激光能量密度1-1. 5mJ/cm2,本底 真空KT4-KT8Pa,氩气压0. 01-lPa，基底温度300-400°C，基底和靶材距离50-55mm。8. 根据权利要求5所述的一种基于铋铜硒氧热电薄膜横向热电效应的光探测器，其特 征在于：所述的c轴倾斜生长的铋铜硒氧薄膜（2)通过脉冲激光沉积完毕后，薄膜自然冷却 降温至室温，降温时控制压强为l(T3-l(T4Pa。9. 根据权利要求1所述的一种基于铋铜硒氧热电薄膜横向热电效应的光探测器，其特 征在于：所述的金属电极⑷为圆开$，直径为1-1. 5mm，电极之间的间距为3-15mm，电极材料 为金属Pt、Au、Ag、Al、In。10. 根据权利要求1所述的一种基于铋铜硒氧热电薄膜横向热电效应的光探测器，其 特征在于：所述的电极引线（5)选用Au、Ag或Cu的漆包线，直径为0. 1-0. 2_。
【专利摘要】一种基于铋铜硒氧热电薄膜横向热电效应的光探测器，包括横向热电元件，在横向热电元件上表面设置两个对称的金属电极作为电压信号输出端，用电极引线将横向热电元件电压信号输出端与电压表输入端相连接，其特征在于：所述的横向热电元件包括氧化物单晶基片和在氧化物单晶基片上c轴倾斜生长的铋铜硒氧薄膜，所述的金属电极设置在铋铜硒氧薄膜的上表面。本发明的基于铋铜硒氧薄膜横向热电效应的光探测器不需要制冷，响应波段宽，探测灵敏度高，能同时实现光和热同时探测。
【IPC分类】H01L27/16, H01L35/14
【公开号】CN104900670
【申请号】CN201510262247
【发明人】王淑芳, 吴晓琳, 闫国英, 王莲, 王江龙, 傅广生
【申请人】河北大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月21日
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