本發(fā)明涉及光熱探測(cè)器，具體地說(shuō)是一種自補(bǔ)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(jì)的光探測(cè)器和熱流傳感器具有探測(cè)波段寬、靈敏度高、響應(yīng)時(shí)間短和無(wú)需放大等優(yōu)點(diǎn)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(zhǎng)的單晶薄膜或人造多層傾斜結(jié)構(gòu)的樣品中才能觀測(cè)到。通過(guò)對(duì)樣品的幾何參數(shù)、光熱吸收和熱電輸運(yùn)參量的調(diào)控和優(yōu)化，能夠提升其探測(cè)電壓靈敏度，進(jìn)一步拓展橫向熱電效應(yīng)在光熱探測(cè)及傳感器件的實(shí)際應(yīng)用。

2、在先專(zhuān)利申請(qǐng)cn?113206184?a公開(kāi)了一種基于硒化鉛薄膜的自驅(qū)動(dòng)紫外光探測(cè)器，其利用c軸傾斜生長(zhǎng)的硒化鉛薄膜橫向光熱電效應(yīng)設(shè)計(jì)了自驅(qū)動(dòng)紫外光探測(cè)器，工藝簡(jiǎn)單、成本低廉、具有探測(cè)靈敏度高和響應(yīng)時(shí)間短等優(yōu)異性能。本發(fā)明在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種新的自補(bǔ)償型橫向熱電薄膜光熱傳感器，通過(guò)自補(bǔ)償摻雜來(lái)增強(qiáng)橫向熱電薄膜光熱傳感器的光熱探測(cè)性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種自補(bǔ)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(bǔ)償摻雜增強(qiáng)橫向熱電薄膜光熱傳感器，具有靈敏度高、響應(yīng)時(shí)間短、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉等的優(yōu)勢(shì)。

2、本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的：

3、一種自補(bǔ)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(zhǎng)有pbse:pb納米復(fù)合薄膜，在pbse:pb納米復(fù)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(bǔ)償效應(yīng)增強(qiáng)橫向熱電薄膜光熱傳感器的光熱探測(cè)性能，通過(guò)pb自補(bǔ)償納米顆粒分散在pbse薄膜中改善晶體質(zhì)量、調(diào)控?zé)釋?dǎo)率等，有效地提升了探測(cè)靈敏度。

5、上述方案中，所述pbse:pb納米復(fù)合薄膜是pb自補(bǔ)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(fù)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(fù)合薄膜是通過(guò)脈沖激光濺射pbse:pb復(fù)合靶材而制成；所述pbse:pb復(fù)合靶材指在pbse圓形靶材上粘貼扇形的pb片而實(shí)現(xiàn)，通過(guò)控制pbse:pb復(fù)合靶材上所粘貼的扇形pb片的角度可調(diào)控pbse:pb納米復(fù)合薄膜中pb納米顆粒的含量。

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

9、優(yōu)選的，所述pbse:pb納米復(fù)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(lán)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(guò)蒸鍍、磁控濺射、涂抹或按壓等方法對(duì)稱固定在pbse:pb納米復(fù)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(bǔ)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(fù)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(diǎn)固定到pbse多晶靶材圓心。

15、(b)放置靶材和襯底：將pbse:pb復(fù)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：?jiǎn)?dòng)機(jī)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(dá)到設(shè)定后，運(yùn)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(qiáng)并沉積薄膜：襯底溫度達(dá)到設(shè)定溫度后，調(diào)節(jié)充氣和抽氣閥門(mén)，將高純氬氣(99.999％)充入沉積室，并使氬氣動(dòng)態(tài)平衡氣壓保持在設(shè)定壓強(qiáng)。用脈沖激光轟擊pbse:pb復(fù)合靶材表面進(jìn)行預(yù)濺射，以去除靶材表面雜質(zhì)，5～10min后移開(kāi)遮擋襯底的擋板，在斜切襯底上沉積pbse:pb納米復(fù)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?dú)猓〕鏊苽涞膒bse:pb納米復(fù)合薄膜樣品。

19、(f)在pbse:pb納米復(fù)合薄膜表面左右對(duì)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(fù)合靶材通過(guò)pb片的角度來(lái)控制pb復(fù)合的含量，其角度分別為10°、15°和20°。

22、所述pbse:pb納米復(fù)合薄膜的厚度為50nm到300nm。

23、所述pbse:pb納米復(fù)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(lán)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(guò)蒸鍍、磁控濺射、涂抹或按壓的方法對(duì)稱固定在pbse:pb納米復(fù)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(hào)，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(bǔ)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(hào)的引線、傳感元件和斜切襯底。傳感元件為pbse:pb納米復(fù)合薄膜。本發(fā)明增強(qiáng)傳感器光熱探測(cè)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(fù)合薄膜。

27、本發(fā)明利用自補(bǔ)償摻雜增強(qiáng)橫向熱電薄膜傳感器光熱探測(cè)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(jì)出的pbse:pb納米復(fù)合薄膜光熱傳感器，具有高靈敏、自驅(qū)動(dòng)、非制冷和響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。

技術(shù)特征：

1.一種自補(bǔ)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(zhǎng)有pbse:pb納米復(fù)合薄膜，在pbse:pb納米復(fù)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(bǔ)償型橫向熱電薄膜光熱傳感器，其特征是，所述pbse:pb納米復(fù)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(bǔ)償型橫向熱電薄膜光熱傳感器，其特征是，所述pbse:pb納米復(fù)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(bǔ)償型橫向熱電薄膜光熱傳感器，其特征是，所述pbse:pb納米復(fù)合薄膜是通過(guò)脈沖激光濺射pbse:pb復(fù)合靶材而制成；所述pbse:pb復(fù)合靶材指在pbse圓形靶材上粘貼扇形的pb片而實(shí)現(xiàn)，通過(guò)控制pbse:pb復(fù)合靶材上所粘貼的扇形pb片的角度可調(diào)控pbse:pb納米復(fù)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(bǔ)償型橫向熱電薄膜光熱傳感器，其特征是，所述pbse:pb納米復(fù)合薄膜的厚度為50nm～300nm。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自補(bǔ)償型橫向熱電薄膜光熱傳感器，其特征是，所述pbse:pb納米復(fù)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(bǔ)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(bǔ)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(bǔ)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(lán)寶石。

10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的自補(bǔ)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(guò)蒸鍍、磁控濺射、涂抹或按壓的方法對(duì)稱固定在pbse:pb納米復(fù)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(bǔ)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(zhǎng)PbSe:Pb納米復(fù)合薄膜，金屬電極位于薄膜表面兩端，并與引線相連接。增強(qiáng)光熱探測(cè)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(fù)合薄膜。該P(yáng)b自補(bǔ)償摻雜薄膜具有結(jié)晶質(zhì)量好、工藝簡(jiǎn)單、成本低廉且光熱探測(cè)性能優(yōu)異的特點(diǎn)，適用于設(shè)計(jì)高靈敏、快響應(yīng)的PbSe:Pb薄膜光熱傳感器。利用自補(bǔ)償摻雜的方法顯著增強(qiáng)了橫向熱電薄膜光熱探測(cè)性能，在光熱輻射探測(cè)、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(hù)的技術(shù)使用者：河北大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21