本發(fā)明涉及光熱探測器，具體地說是一種自補償型橫向熱電薄膜光熱傳感器及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、基于橫向熱電效應(yīng)設(shè)計的光探測器和熱流傳感器具有探測波段寬、靈敏度高、響應(yīng)時間短和無需放大等優(yōu)點而具有廣闊的應(yīng)用前景。橫向熱電效應(yīng)是一種溫差和電壓方向互相垂直的特殊熱電效應(yīng)，一般在傾斜生長的單晶薄膜或人造多層傾斜結(jié)構(gòu)的樣品中才能觀測到。通過對樣品的幾何參數(shù)、光熱吸收和熱電輸運參量的調(diào)控和優(yōu)化，能夠提升其探測電壓靈敏度，進一步拓展橫向熱電效應(yīng)在光熱探測及傳感器件的實際應(yīng)用。

2、在先專利申請cn?113206184?a公開了一種基于硒化鉛薄膜的自驅(qū)動紫外光探測器，其利用c軸傾斜生長的硒化鉛薄膜橫向光熱電效應(yīng)設(shè)計了自驅(qū)動紫外光探測器，工藝簡單、成本低廉、具有探測靈敏度高和響應(yīng)時間短等優(yōu)異性能。本發(fā)明在此基礎(chǔ)上，設(shè)計了一種新的自補償型橫向熱電薄膜光熱傳感器，通過自補償摻雜來增強橫向熱電薄膜光熱傳感器的光熱探測性能。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種自補償型橫向熱電薄膜光熱傳感器及其制備方法，該光熱傳感器是一種新型的自補償摻雜增強橫向熱電薄膜光熱傳感器，具有靈敏度高、響應(yīng)時間短、結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉等的優(yōu)勢。

2、本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的：

3、一種自補償型橫向熱電薄膜光熱傳感器，其結(jié)構(gòu)包括斜切襯底，在所述斜切襯底上傾斜生長有pbse:pb納米復合薄膜，在pbse:pb納米復合薄膜上設(shè)有金屬電極，金屬電極連接電壓引線。

4、本發(fā)明利用自補償效應(yīng)增強橫向熱電薄膜光熱傳感器的光熱探測性能，通過pb自補償納米顆粒分散在pbse薄膜中改善晶體質(zhì)量、調(diào)控熱導率等，有效地提升了探測靈敏度。

5、上述方案中，所述pbse:pb納米復合薄膜是pb自補償摻雜以pb納米顆粒的形式分布在pbse薄膜中。

6、優(yōu)選的，所述pbse:pb納米復合薄膜中pb納米顆粒的質(zhì)量含量為3％-6％。

7、優(yōu)選的，所述pbse:pb納米復合薄膜是通過脈沖激光濺射pbse:pb復合靶材而制成；所述pbse:pb復合靶材指在pbse圓形靶材上粘貼扇形的pb片而實現(xiàn)，通過控制pbse:pb復合靶材上所粘貼的扇形pb片的角度可調(diào)控pbse:pb納米復合薄膜中pb納米顆粒的含量。

8、優(yōu)選的，所述pbse:pb納米復合薄膜的厚度為50nm～300nm。

9、優(yōu)選的，所述pbse:pb納米復合薄膜的傾斜方向與其表面法線方向的夾角范圍為0°～45°，且該角度與所述斜切襯底的斜切角度相同。

10、優(yōu)選的，所述斜切襯底的斜切角度范圍為0°～45°，斜切襯底可以為鋁酸鑭(laalo3)、鈦酸鍶(srtio3)、鋁酸鍶鉭鑭((la,sr)(al,ta)o3)、氧化鎂(mgo)和藍寶石(al2o3)中任意一種。

11、優(yōu)選的，金屬電極可以是金、銀、鉑或銦電極；所述金屬電極通過蒸鍍、磁控濺射、涂抹或按壓等方法對稱固定在pbse:pb納米復合薄膜的兩端。

12、優(yōu)選的，電壓引線材料為au、ag或cu線，電壓引線的直徑為0.01mm～0.05mm。

13、本發(fā)明還提供了一種自補償型橫向熱電薄膜光熱傳感器的制備方法，其步驟包括：

14、(a)制備pbse:pb復合靶材：把pb片剪成設(shè)定角度的扇形，將扇形pb片粘貼在pbse多晶靶材表面，將扇形pb片頂點固定到pbse多晶靶材圓心。

15、(b)放置靶材和襯底：將pbse:pb復合靶材和清洗干凈的斜切襯底，固定放置于脈沖激光沉積系統(tǒng)沉積室內(nèi)的靶托和樣品托上。

16、(c)抽真空和襯底升溫：啟動機械泵和分子泵，將沉積室真空度抽至小于或等于4×10-4pa。真空度達到設(shè)定后，運行升溫程序，調(diào)節(jié)襯底溫度到設(shè)定溫度。

17、(d)調(diào)節(jié)壓強并沉積薄膜：襯底溫度達到設(shè)定溫度后，調(diào)節(jié)充氣和抽氣閥門，將高純氬氣(99.999％)充入沉積室，并使氬氣動態(tài)平衡氣壓保持在設(shè)定壓強。用脈沖激光轟擊pbse:pb復合靶材表面進行預(yù)濺射，以去除靶材表面雜質(zhì)，5～10min后移開遮擋襯底的擋板，在斜切襯底上沉積pbse:pb納米復合薄膜。

18、(e)冷卻、取樣品：濺射結(jié)束后，在真空中自然冷卻降至室溫，向脈沖激光沉積系統(tǒng)沉積室充入氮氣，取出所制備的pbse:pb納米復合薄膜樣品。

19、(f)在pbse:pb納米復合薄膜表面左右對稱地壓制金屬電極。

20、(g)使用金屬引線將金屬電極和電壓表(如示波器)相連接。

21、所述pbse:pb復合靶材通過pb片的角度來控制pb復合的含量，其角度分別為10°、15°和20°。

22、所述pbse:pb納米復合薄膜的厚度為50nm到300nm。

23、所述pbse:pb納米復合薄膜傾斜方向與其表面法線方向夾角為0°～45°，且該角度與所述斜切襯底的斜切角度相同。斜切襯底材料為鋁酸鑭(laalo3)、鈦酸鍶(srtio3)、鋁酸鍶鉭鑭((la,sr)(al,ta)o3)、氧化鎂(mgo)和藍寶石(al2o3)中任意一種。

24、所述金屬電極可以是金、銀、鉑或銦電極；所述金屬電極通過蒸鍍、磁控濺射、涂抹或按壓的方法對稱固定在pbse:pb納米復合薄膜的兩端，金屬電極的直徑為小于1mm。

25、所述金屬引線與金屬電極連接，用于輸出電壓信號，所述金屬引線材料為au、ag或cu線，金屬引線的直徑大于0.01mm小于0.05mm。

26、所制備的自補償型橫向熱電薄膜光熱傳感器包括金屬電極、輸出電壓信號的引線、傳感元件和斜切襯底。傳感元件為pbse:pb納米復合薄膜。本發(fā)明增強傳感器光熱探測性能的方法是在斜切的單晶襯底上制備的pbse薄膜中引入pb納米顆粒，形成pbse:pb納米復合薄膜。

27、本發(fā)明利用自補償摻雜增強橫向熱電薄膜傳感器光熱探測性能的方法，有助于提升pbse薄膜光熱傳感器的電壓靈敏度。所設(shè)計出的pbse:pb納米復合薄膜光熱傳感器，具有高靈敏、自驅(qū)動、非制冷和響應(yīng)快等優(yōu)點，具有廣闊的市場應(yīng)用前景。

技術(shù)特征：

1.一種自補償型橫向熱電薄膜光熱傳感器，其特征是，包括斜切襯底，在所述斜切襯底上傾斜生長有pbse:pb納米復合薄膜，在pbse:pb納米復合薄膜上設(shè)有電極，電極連接電壓引線。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自補償型橫向熱電薄膜光熱傳感器，其特征是，所述pbse:pb納米復合薄膜是pb納米顆粒均勻分布在pbse薄膜中。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自補償型橫向熱電薄膜光熱傳感器，其特征是，所述pbse:pb納米復合薄膜中pb納米顆粒的質(zhì)量含量為3％-6％。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的自補償型橫向熱電薄膜光熱傳感器，其特征是，所述pbse:pb納米復合薄膜是通過脈沖激光濺射pbse:pb復合靶材而制成；所述pbse:pb復合靶材指在pbse圓形靶材上粘貼扇形的pb片而實現(xiàn)，通過控制pbse:pb復合靶材上所粘貼的扇形pb片的角度可調(diào)控pbse:pb納米復合薄膜中pb納米顆粒的含量。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自補償型橫向熱電薄膜光熱傳感器，其特征是，所述pbse:pb納米復合薄膜的厚度為50nm～300nm。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自補償型橫向熱電薄膜光熱傳感器，其特征是，所述pbse:pb納米復合薄膜的傾斜方向與其表面法線方向的夾角范圍為0°～45°，且該角度與所述斜切襯底的斜切角度相同。

7.一種自補償型橫向熱電薄膜光熱傳感器的制備方法，其特征是，包括如下步驟：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的自補償型橫向熱電薄膜光熱傳感器的制備方法，其特征是，步驟a中，將pb片剪成10°、15°或20°的扇形。

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的自補償型橫向熱電薄膜光熱傳感器的制備方法，其特征是，所述斜切襯底為鋁酸鑭、鈦酸鍶、鋁酸鍶鉭鑭、氧化鎂或藍寶石。

10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的自補償型橫向熱電薄膜光熱傳感器的制備方法，其特征是，所述金屬電極為金、銀、鉑或銦電極；所述金屬電極通過蒸鍍、磁控濺射、涂抹或按壓的方法對稱固定在pbse:pb納米復合薄膜的兩端，金屬電極的直徑小于1mm。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種自補償型橫向熱電薄膜光熱傳感器及其制備方法。本發(fā)明所提供的橫向熱電薄膜光熱傳感器包括金屬電極、電壓引線、傳感元件、斜切襯底。傳感元件是在斜切襯底上傾斜生長PbSe:Pb納米復合薄膜，金屬電極位于薄膜表面兩端，并與引線相連接。增強光熱探測性能的方法是在斜切襯底上制備的PbSe薄膜中引入Pb納米顆粒，形成PbSe:Pb納米復合薄膜。該Pb自補償摻雜薄膜具有結(jié)晶質(zhì)量好、工藝簡單、成本低廉且光熱探測性能優(yōu)異的特點，適用于設(shè)計高靈敏、快響應(yīng)的PbSe:Pb薄膜光熱傳感器。利用自補償摻雜的方法顯著增強了橫向熱電薄膜光熱探測性能，在光熱輻射探測、熱流感應(yīng)、廢熱利用等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)研發(fā)人員：張子才,陳明敬,甄楊洋,寧興坤,王淑芳
受保護的技術(shù)使用者：河北大學
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21