CN106997913B - 日盲紫外光探测器单元及阵列 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种日盲紫外光探测器单元及阵列，其中日盲紫外光探测器单元包括：氧化物基片，所述氧化物基片的禁带宽度大于4.4电子伏特；设在所述氧化物基片的表面上的第一电极和第二电极，所述第二电极具有通孔。本发明的日盲紫外光探测器单元的电极材料可以是金属、石墨或其它导电材料。本发明的日盲紫外光探测器阵列包括上述多个日盲紫外光探测器单元，且所述多个日盲紫外光探测器单元的第二电极电连接形成网状结构。日盲紫外光探测器阵列能实现在太阳光环境下对目标进行扫描探测、成像和跟踪。
Description
技术领域
本发明涉及紫外光探测器领域，具体涉及日盲紫外光探测器。
背景技术
由于日盲紫外光探测器不受太阳光的干扰，使其能在太阳光环境中对紫外光进行探测，因而在导弹拦截、预警等军事、国防和科研领域具有非常重要和广泛的应用。
本专利发明人已报道了上升时间达纳秒的快响应钙钛矿氧化物单晶的日盲深紫外光探测器，例如文献1：J.Xing等，Optics Letters，Vol.34,No.11,1675(2009)；文献2：XuWang等，Physica B,392,104(2007)；中国专利申请号201010107349.7和中国专利申请号200510082702.X也公开了几种日盲紫外光探测器。但到目前为止，日盲紫外光探测器还非常有限，其灵敏度也远远不能满足实用的要求，日盲的线列和面阵深紫外光探测器还未见报道。
发明内容
为了解决现有技术存在的上述技术问题，本发明的实施例提供了一种日盲紫外光探测器单元，包括：
氧化物基片，所述氧化物基片的禁带宽度大于4.4电子伏特；
设在所述氧化物基片的表面上的第一电极和第二电极，所述第二电极具有通孔。
优选的，所述第一电极和第二电极设置在所述氧化物基片的同一侧，且所述第一电极位于所述第二电极的通孔中。
优选的，所述第一电极位于所述第二电极的通孔的中心。
优选的，所述第一电极和第二电极也可分别设置在所述氧化物基片的相对两侧。
优选的，所述第一电极和第二电极的中心轴在同一直线上，且垂直所述氧化物基片的表面。
优选的，所述第二电极的通孔是圆孔或多边形孔。
优选的，所述第一电极是圆形或多边形。
优选的，所述氧化物基片的禁带宽度为4.4～16电子伏特。
优选的，所述氧化物基片的材料为LaAlO3、ZrO2或MgO。
优选的，所述第一电极或第二电极的材料为金、铂、银、铝、铜、石墨、铟锡氧化物、钌酸锶或合金等导电材料。
本发明的实施例还提供了一种日盲紫外光探测器阵列，包括：
多个上述的日盲紫外光探测器单元；
其中，所述多个日盲紫外光探测器单元排列成一个阵列。
优选的，所述多个日盲紫外光探测器单元的第二电极电连接形成网状结构。
本发明的日盲紫外光探测器阵列实现对目标进行扫描探测、成像和跟踪。
附图说明
以下参照附图对本发明实施例作进一步说明，其中：
图1是根据本发明第一个实施例的日盲紫外光探测器单元的立体示意图。
图2是图1所示的日盲紫外光探测器单元的俯视图。
图3是图1所示的日盲紫外光探测器单元沿A-A线的剖视图。
图4是根据本发明第二个实施例的日盲紫外光探测器单元的剖视图。
图5是图4所示的日盲紫外光探测器单元的俯视图。
图6是图4所示的日盲紫外光探测器单元的仰视图。
图7是根据本发明第三个实施例的日盲紫外光探测器单元的剖视图。
图8是图7所示的日盲紫外光探测器单元的俯视图。
图9是图7所示的日盲紫外光探测器单元的仰视图。
图10是根据本发明第一个实施例的日盲紫外光探测器阵列的探测电路图。
图11是根据本发明第二个实施例的日盲紫外光探测器阵列的俯视图。
图12是根据本发明第三个实施例的日盲紫外光探测器阵列的剖视图。
图13是图12所示的日盲紫外光探测器阵列的俯视图。
图14是图12所示的日盲紫外光探测器阵列的仰视图。
图15是根据本发明第四个实施例的日盲紫外光探测器阵列的侧视图。
图16是图15所示的日盲紫外光探测器阵列的俯视图。
图17是图15所示的日盲紫外光探测器的仰视图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图通过具体实施例对本发明进一步详细说明。
图1是根据本发明第一个实施例的日盲紫外光探测器单元10的立体示意图，图2是日盲紫外光探测器单元10的俯视图,图3是日盲紫外光探测器单元10沿A-A线的剖视图，其横截面平行日盲紫外光探测器单元10的一侧面。如图1-3所示，日盲紫外光探测器单元10包括铝酸镧(LaAlO3)基片11，以及设置在LaAlO3基片11同一侧的电极12和电极13。其中，电极12具有直径为300微米的圆孔122，呈圆柱状且直径为80微米的电极13位于电极12的圆孔122中。圆孔122和电极13的中心轴(图3未示出)在同一直线上，且垂直LaAlO3基片11的表面。
为了避免焊接在电极13的电极引线(图1未示出)影响探测光入射到LaAlO3基片11的表面，可将LaAlO3基片11的另一表面(其上没有设置电极)作为光学窗口，从而减少探测光的反射、提高探测光的吸收率。因此日盲紫外光探测器单元10的电极材料并不限于是透明导电材料，可以是任意的导电材料，例如金、铂、银、铝、铜、铟锡氧化物(IOT)、钌酸锶(SrRuO3)或合金等。
根据本发明的其他实施例，电极12具有方形、椭圆或多边形通孔。
根据本发明的其他实施例，电极13呈圆形或多边形。
本领域的技术人员可以基于现有的半导体工艺，在抛光的LaAlO3单晶基片上通过真空镀膜、磁控溅射或激光沉积等工艺形成导电材料薄膜，之后利用光刻和腐蚀工艺同时形成电极12、13。制备步骤少、工艺简单。
图4是根据本发明第二个实施例的日盲紫外光探测器单元30的剖视图，图5是日盲紫外光探测器单元30的俯视图，图6是日盲紫外光探测器单元30的仰视图。如图4-6所示，日盲紫外光探测器单元30包括LaAlO3基片31，以及设置在LaAlO3基片31相对两侧的电极32和电极33。电极32具有边长为50微米的正方形通孔322。电极33呈正方形状，其边长为60微米。正方形通孔322的内侧壁与电极33的外侧壁平行。正方形通孔322和电极33的中心轴(图4未示出)在同一直线上，且垂直LaAlO3基片31的表面。
将电极32作为日盲紫外光探测器单元30的光学窗口，能够使得探测光穿过电极32的正方形通孔322入射到LaAlO3基片31上。因此日盲紫外光探测器单元30的电极可由任意导电材料制成。将电极32、33设置在LaAlO3基片31相对两侧，探测光从电极32一侧入射，可避免电极及其引线对探测光的干扰。
图7是根据本发明第三个实施例的日盲紫外光探测器单元40的剖视图，图8是日盲紫外光探测器单元40的俯视图，图9是日盲紫外光探测器单元40的仰视图。其与日盲紫外光探测器单元30基本相同，区别在于，电极42具有直径为80微米的圆孔422，且电极43呈圆形，其直径为80微米。
图10是根据本发明第一个实施例的日盲紫外光探测器阵列的探测电路图。如图10所示，日盲紫外光探测器阵列110包括排列呈线状的5个日盲紫外光探测器单元10，相邻的两个电极13的中心轴的间距D1为500微米，其中每一个日盲紫外光探测器单元10中的电极12电连接形成网状结构，并作为日盲紫外光探测器阵列110的公共电极112。公共电极112电连接至直流电源E的正极，且5个电极13上的电极引线分别通过取样电阻R连接至直流电源E的负极。
当探测光(其光子能量大于LaAlO3基片的禁带宽度)入射到LaAlO3基片的表面上时，LaAlO3基片内部产生电子-空穴对。本专利发明人最新研究结果发现，LaAlO3基片在1V/cm的电场强度下，光生载流子的扩散长度可达到1厘米以上，因此在LaAlO3基片的两个电极之间施加很小的电场，即可使得电子-空穴分别扩散到两个电极处，从而形成电流。通过测量5个取样电阻R两端的电压即可获得相应的光电信号。
现举例说明其使用方法，假定目标发射的探测光的方向不变，且日盲紫外光探测器阵列110在测量过程中保持静止。如果在第一时刻获得光电信号V3、V4和V5，在第二时刻获得光电信号V2、V3和V4，且在第三时刻获得光电信号V1、V2、V3。因此根据上述测量结果，可以基本上得知目标在一个维度上的尺寸、移动方向和移动速度。从而实现在一个维度上对目标进行扫描探测、成像和跟踪。
根据本发明的其他的实施例，采用氧化锆(ZrO2)或氧化镁(MgO)基片替换上述实施例中的LaAlO3基片。由于LaAlO3的禁带宽度是5.6电子伏特(对应的光子波长是
)，ZrO2的禁带宽度是5.8电子伏特(对应的光子波长是
)，MgO的禁带宽度是8电子伏特(对应的光子波长是
)，因此太阳光并不会在上述氧化物单晶材料中产生光电效应，避免了太阳光的干扰。
本发明并不限于采用上述三种氧化物单晶材料，还可以采用禁带宽度大于4.4电子伏特(光子能量对应的波长是
)的其他氧化物单晶材料。
图11是根据本发明第二个实施例的日盲紫外光探测器阵列的俯视图。如图11所示，日盲紫外光探测器阵列120由64个(排列成8×8阵列)日盲紫外光探测器单元10组成。每一个日盲紫外光探测器单元10中的电极12电连接形成网状结构，并作为日盲紫外光探测器阵列120的公共电极122。相邻的两个电极13的中心轴的间距D2为350微米。
基于现有的半导体工艺可在较大尺寸的LaAlO3基片上大面积制备日盲紫外光探测器阵列，之后沿垂直LaAlO3基片的厚度方向切割，即可直接获得日盲紫外光探测器单元，以及所需形状的日盲紫外光探测器阵列，例如圆形阵列或矩形阵列等。
日盲紫外光探测器阵列120的使用方法和原理与日盲紫外光探测器阵列110相同，在此不再赘述。利用日盲紫外光探测器阵列120可以在两个维度上对目标进行面扫描探测、成像和跟踪。
图12是根据本发明第三个实施例的日盲紫外光探测器阵列130的剖视图，图13是日盲紫外光探测器阵列130的俯视图，图14是日盲紫外光探测器阵列130的仰视图。如图12-14所示，日盲紫外光探测器阵列130包括排列呈线状的6个日盲紫外光探测器单元30，其中每一个日盲紫外光探测器单元30中的电极32电连接形成网状结构，并作为日盲紫外光探测器阵列130的公共电极132。相邻的两个电极32的中心轴的间距D3’为100微米，且相邻的两个电极33的中心轴的间距D3为100微米。
由于每一个日盲紫外光探测器单元30中的电极32、33的中心轴在同一直线上，因此当紫外光穿过公共电极132的通孔入射到LaAlO3基片的表面上时，产生的电子-空穴分别扩散至对应的一组电极32和电极33，因此，不同的探测器单元可探测其所对应于不同空间的紫外光。
图15是根据本发明第四个实施例的日盲紫外光探测器阵列140的侧视图。图16是日盲紫外光探测器阵列140的俯视图，图17是日盲紫外光探测器阵列140的仰视图。如图15-17所示，日盲紫外光探测器阵列140由64个(排列成8×8阵列)日盲紫外光探测器单元40组成。其中每一个日盲紫外光探测器单元40中的电极42电连接形成网状结构，并作为日盲紫外光探测器阵列140的公共电极142。相邻的两个电极42的中心轴的间距D4’为100微米，相邻的两个电极43的中心轴的间距D4为100微米。
在本发明中，对氧化物基片的尺寸、形状和厚度不作任何限定，对于两侧电极结构的单元和阵列探测器，氧化物基片的厚度越小，其探测的灵敏度越高。
在本发明中，对于第二电极开孔的尺寸和第一电极的尺寸不作任何限制，可根据探测光的强弱和阵列单元数的多少进行设计。
在本发明中，对于阵列探测器中的单元数不作限制，可按探测的需求进行设计。
虽然本发明已经通过优选实施例进行了描述，然而本发明并非局限于这里所描述的实施例，在不脱离本发明范围的情况下还包括所作出的各种改变以及变化。
Claims (9)
1.一种日盲紫外光探测器单元，其特征在于，包括：
氧化物基片，所述氧化物基片的禁带宽度大于4.4电子伏特；
设在所述氧化物基片的表面上的第一电极和第二电极，所述第二电极具有用于接收探测光的通孔，所述第一电极和第二电极分别设置在所述氧化物基片的相对两侧，所述第一电极和第二电极连接至直流电源的两极，所述氧化物基片吸收探测光产生电子-空穴对，所述直流电源在所述第一电极和第二电极之间施加的电场使得所述电子-空穴对分离形成回路电流。
2.根据权利要求1所述的日盲紫外光探测器单元，其特征在于，所述第一电极和第二电极的中心轴在同一直线上，且垂直所述氧化物基片的表面。
3.根据权利要求1-2中任一项所述的日盲紫外光探测器单元，其特征在于，所述第二电极的通孔是圆孔或多边形孔。
4.根据权利要求3所述的日盲紫外光探测器单元，其特征在于，所述第一电极是圆形或多边形。
5.根据权利要求1所述的日盲紫外光探测器单元，其特征在于，所述氧化物基片的禁带宽度大于5.6电子伏特。
6.根据权利要求5所述的日盲紫外光探测器单元，其特征在于，所述氧化物基片的材料为LaAlO3、ZrO2或MgO。
7.根据权利要求1所述的日盲紫外光探测器单元，其特征在于，所述第一电极或第二电极的材料为金、铂、银、铝、铜、石墨、铟锡氧化物、钌酸锶或合金。
8.一种日盲紫外光探测器阵列，其特征在于，包括：
多个如权利要求1至7中任一项所述的日盲紫外光探测器单元；
其中，所述多个日盲紫外光探测器单元排列成一个阵列。
9.根据权利要求8所述的日盲紫外光探测器阵列，其特征在于，所述多个日盲紫外光探测器单元的第二电极电连接形成网状结构。
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