CN108534945B - 一种调制薄膜激光感生电压的方法 - Google Patents

一种调制薄膜激光感生电压的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108534945B
CN108534945B CN201810237816.4A CN201810237816A CN108534945B CN 108534945 B CN108534945 B CN 108534945B CN 201810237816 A CN201810237816 A CN 201810237816A CN 108534945 B CN108534945 B CN 108534945B
Authority
CN
China
Prior art keywords
thin film
substrate
film
single crystal
induced voltage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201810237816.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108534945A (zh
Inventor
虞澜
刘安安
宋世金
胡建力
崔凯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kunming University of Science and Technology
Original Assignee
Kunming University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kunming University of Science and Technology filed Critical Kunming University of Science and Technology
Priority to CN201810237816.4A priority Critical patent/CN108534945B/zh
Publication of CN108534945A publication Critical patent/CN108534945A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108534945B publication Critical patent/CN108534945B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L11/00—Measuring steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by means not provided for in group G01L7/00 or G01L9/00
    • G01L11/02—Measuring steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by means not provided for in group G01L7/00 or G01L9/00 by optical means
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/01—Manufacture or treatment

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

本发明公开一种调制薄膜激光感生电压的方法，属于功能薄膜材料领域。选取c轴倾斜的单晶压电材料（如SiO2、单晶Si或ZnS等）作为衬底，在单晶压电衬底上生长具有激光感生电压效应的外延薄膜（如在SiO2倾斜衬底上生长ZnO、CuAlO2或CuCr1‑xMgxO2薄膜、在单晶Si倾斜衬底上生长YBa2Cu3O7‑x、ZnO或AlN薄膜，在ZnS倾斜衬底上生长HfO2薄膜），在压电衬底两端施加外电压使衬底产生微量形变，从而使得生长在其上的薄膜Seebeck系数各向异性得到改变，因此可以灵活调制薄膜的激光感生电压。

Description

一种调制薄膜激光感生电压的方法
技术领域
本发明涉及一种调制薄膜激光感生电压的方法，属于功能薄膜材料领域。
背景技术
c轴倾斜外延薄膜的激光感生电压效应是一种温差和电压方向相互垂直的热电效应，本质是一个光-热-电转换过程。其产生过程为：当一束光辐照到c轴倾斜生长的薄膜表面时，会立即在其厚度方向建立起温度梯度，由于薄膜Seebeck系数的各向异性，会导致薄膜表面两端产生一个与温度梯度相垂直的电压信号，电压幅值可用以下公式来表示：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
其中U为沿薄膜表面方向的激光感生电压，l为薄膜被激光照射的有效长度，
Figure DEST_PATH_IMAGE004
为薄膜倾斜角度，
Figure DEST_PATH_IMAGE006
为薄膜ab面和c轴方向的Seebeck系数差值，即
Figure 776058DEST_PATH_IMAGE006
=Sab-Sc，
Figure DEST_PATH_IMAGE008
为沿薄膜厚度方向的温度梯度。
以激光感生电压效应为机理的激光探测器件有响应速度快、响应波长宽等特点，有巨大的应用潜力；目前，对于特定的c轴倾斜薄膜材料，其在受到固定能量密度的激光照射时，所产生的激光感生电压峰值也为定值，不能够实现连续可调，限制了以其为探测材料的激光探测器件的使用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种调制薄膜激光感生电压的方法，选取c轴倾斜的单晶压电材料作为衬底，在单晶压电衬底上生长具有激光感生电压效应的外延薄膜，在压电衬底两端施加外电压，控制外电压的大小即可调制薄膜的激光感生电压。
本发明所述c轴倾斜的单晶压电材料为SiO2、单晶Si或ZnS，倾斜角为5°～15°。
本发明所述单晶压电衬底上生长的外延薄膜为：在单晶压电衬底上生长的外延薄膜为：在SiO2倾斜衬底上生长ZnO、CuAlO2或者CuCr1-xMgxO2薄膜、在单晶Si倾斜衬底上生长YBa2Cu3O7-x、ZnO或者AlN薄膜，在ZnS倾斜衬底上生长HfO2薄膜。
本发明所述薄膜生长方法为溶胶-凝胶法、脉冲激光沉积法、分子束外延法或者磁控溅射法。
本发明的原理：压电材料具有逆压电效应，即在外电场作用下压电体会产生形变，压电材料的晶体对称性较低，以其作为薄膜衬底时，当其处于电场中，晶胞中正负电荷发生极化，电荷中心不再重合，引起材料的宏观形变，进而使得衬底以及生长在其上的外延薄膜晶体结构发生变化，薄膜Seebeck系数各向异性
Figure 83412DEST_PATH_IMAGE006
也得到改变，根据公式
Figure DEST_PATH_IMAGE010
，可以灵活调制薄膜的激光感生电压峰值。
本发明的有益效果是：实现了薄膜激光感生电压的连续可调，有利于以其为机理的激光探测器件在不同强度激光照射条件下服役；比如，激光感生电压峰值较高的薄膜材料用于激光探测器件时，峰值电压可能超出表头量程，影响其使用，而在压电衬底上加外电压使薄膜激光感生电压峰值降低即可解决此问题。另外，一些稳定性较高而激光感生电压效应较弱的薄膜材料很难用于激光探测，本发明的调制方法可以实现其成为激光探测材料。
附图说明
图1是本发明中实现薄膜激光感生电压灵活调制的结构示意图。
图2是本发明实施例1中CuCr0.92Mg0.08O2薄膜在SiO2倾斜压电衬底被施加不同外电压时的激光感生电压-响应时间示意图。
图1中：1-c轴倾斜的单晶压电衬底，2-薄膜，3-金属电极Ⅰ、4-金属电极Ⅱ，5-导线Ⅰ、6-导线Ⅱ，7-外电源，8-高频示波器，9-脉冲激光。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
实施例1
一种调制薄膜激光感生电压的方法。c轴倾斜的单晶压电衬底1选为SiO2单晶衬底，倾斜角为10°，用脉冲激光沉积技术在SiO2倾斜衬底上外延生长Mg掺杂量为0.08的CuCr1-xMgxO2薄膜；在SiO2衬底两端设置两个沿其表面相对中心位置左右对称的金属电极，用导线将金属电极和外电源相连接。
在CuCr0.92Mg0.08O2薄膜2表面沿倾斜方向的两端设置金属电极Ⅰ3和金属电极Ⅱ4，用导线Ⅰ5将金属电极Ⅰ3与电源连接，导线Ⅱ6将金属电极Ⅱ4与高频示波器8相连接；利用脉冲激光9照射CuCr0.92Mg0.08O2薄膜表面，通过控制外电源的电压输出，即可控制薄膜激光感生电压的大小，用高频示波器8测量薄膜的激光感生电压（如图1所示）。
比如：脉冲激光使用脉宽为28ns、波长为248 nm、能量密度为111mJ/cm2的紫外脉冲激光，当其照射CuCr0.92Mg0.08O2薄膜时，示波器采集到的感生电压信号为24mV，当外电源给压电衬底提供3 V的外电压时，薄膜激光感生电压为29mV，外电压提高到4.5 V时，薄膜激光感生电压升到32mV，激光感生电压-时间关系如图2所示。
实施例2
一种调制薄膜激光感生电压的方法。如附图1所示，c轴倾斜的单晶压电衬底选为单晶Si，倾斜角为5°，用溶胶-凝胶法在单晶Si倾斜衬底上外延生长YBa2Cu3O7-x薄膜；单晶Si衬底两端设置两个沿其表面相对中心位置左右对称的金属电极，用导线将金属电极和外电源相连接。
在YBa2Cu3O7-x薄膜表面沿倾斜方向的两端设置金属电极，用导线将金属电极与示波器相连接；利用脉冲激光照射YBa2Cu3O7-x薄膜表面，通过控制外电源的电压输出，即可控制薄膜激光感生电压的大小，用示波器测量薄膜的激光感生电压。
实施例3
一种调制薄膜激光感生电压的方法；如附图1所示，c轴倾斜的单晶压电衬底选为ZnS单晶衬底，倾斜角为15°，用分子束外延技术在ZnS倾斜衬底上外延生长HfO2薄膜；在ZnS衬底两端设置两个沿其表面相对中心位置左右对称的金属电极，用导线将金属电极和外电源相连接。
在HfO2薄膜表面沿倾斜方向的两端设置金属电极，用导线将金属电极与示波器相连接；利用脉冲激光照射HfO2薄膜表面，通过控制外电源的电压输出，即可控制薄膜激光感生电压的大小，用示波器测量薄膜的激光感生电压。

Claims (2)

1.一种调制薄膜激光感生电压的方法，其特征在于：选取c轴倾斜的单晶压电材料作为衬底，在单晶压电衬底上生长具有激光感生电压效应的外延薄膜，在压电衬底两端施加外电压，控制外电压的大小即可调制薄膜的激光感生电压；
所述c轴倾斜的单晶压电材料为SiO2、单晶Si或ZnS，倾斜角为5°～15°；在单晶压电衬底上生长的外延薄膜为：在SiO2倾斜衬底上生长ZnO、CuAlO2或者CuCr1-xMgxO2薄膜、在单晶Si倾斜衬底上生长YBa2Cu3O7-x、ZnO或者AlN薄膜，在ZnS倾斜衬底上生长HfO2薄膜。
2.根据权利要求1所述调制薄膜激光感生电压的方法，其特征在于：薄膜生长方法为溶胶-凝胶法、脉冲激光沉积法、分子束外延法或者磁控溅射法。
CN201810237816.4A 2018-03-22 2018-03-22 一种调制薄膜激光感生电压的方法 Active CN108534945B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810237816.4A CN108534945B (zh) 2018-03-22 2018-03-22 一种调制薄膜激光感生电压的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810237816.4A CN108534945B (zh) 2018-03-22 2018-03-22 一种调制薄膜激光感生电压的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108534945A CN108534945A (zh) 2018-09-14
CN108534945B true CN108534945B (zh) 2021-01-05

Family

ID=63485085

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810237816.4A Active CN108534945B (zh) 2018-03-22 2018-03-22 一种调制薄膜激光感生电压的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108534945B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114136501A (zh) * 2021-11-26 2022-03-04 山东大学 一种薄膜型热流传感器结构及其金属电极制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1391290A (zh) * 2001-06-08 2003-01-15 昆明理工大学 一种光辐射感生电压材料及其薄膜的制备方法
CN101826570A (zh) * 2010-03-25 2010-09-08 河北大学 一种p-n异质结光探测器
CN102544347A (zh) * 2011-10-08 2012-07-04 昆明理工大学 一种快速响应的光热感生电压薄膜材料及用途
WO2016038246A1 (en) * 2014-09-08 2016-03-17 Nokia Technologies Oy Flexible, hybrid energy generating and storage power cell
CN106707044A (zh) * 2015-11-16 2017-05-24 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 一种基于紫外拉曼光谱的测试压电效应的方法
JP2017090638A (ja) * 2015-11-09 2017-05-25 株式会社リコー 光偏向素子、光走査装置、画像形成装置、画像投影装置及び光偏向素子の製造方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE112005002201T5 (de) * 2004-10-13 2007-08-16 Tamura Corp. Transformatorantrieb und Transformatorantriebsverfahren
CN102593191B (zh) * 2011-01-17 2015-03-04 中国科学院物理研究所 偏置电场调制的氧化物半导体异质结构、其制备方法和装置
CN202337359U (zh) * 2011-11-14 2012-07-18 中国航空工业集团公司沈阳空气动力研究所 一种单晶片压电片式振动扰流片装置
CN103400909B (zh) * 2013-08-23 2017-03-15 贵州大学 提高半导体硅发光效率的方法及产品及其制备方法
CN103928606B (zh) * 2014-04-04 2016-09-14 江苏大学 一种用于微电极接触的过载保护装置及其制备和使用方法
CN104900670B (zh) * 2015-05-21 2018-07-17 河北大学 一种基于铋铜硒氧热电薄膜横向热电效应的光探测器
CN106400115B (zh) * 2016-09-26 2020-03-31 云南大学 具有高灵敏横向光感生电压响应的薄膜材料及其制备方法
CN106449971B (zh) * 2016-10-27 2019-04-05 中国科学院物理研究所 一种基于NdFeB的电控磁结构及其制备方法和应用
CN107287564B (zh) * 2017-06-07 2019-04-12 昆明理工大学 一种增大syco-314薄膜激光感生电压的方法
CN107634138B (zh) * 2017-09-08 2019-12-13 河北大学 一种基于硒化锡薄膜横向热电效应的光、热探测器

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1391290A (zh) * 2001-06-08 2003-01-15 昆明理工大学 一种光辐射感生电压材料及其薄膜的制备方法
CN101826570A (zh) * 2010-03-25 2010-09-08 河北大学 一种p-n异质结光探测器
CN102544347A (zh) * 2011-10-08 2012-07-04 昆明理工大学 一种快速响应的光热感生电压薄膜材料及用途
WO2016038246A1 (en) * 2014-09-08 2016-03-17 Nokia Technologies Oy Flexible, hybrid energy generating and storage power cell
JP2017090638A (ja) * 2015-11-09 2017-05-25 株式会社リコー 光偏向素子、光走査装置、画像形成装置、画像投影装置及び光偏向素子の製造方法
CN106707044A (zh) * 2015-11-16 2017-05-24 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 一种基于紫外拉曼光谱的测试压电效应的方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
c 轴择优Ca3Co4O9 多晶的热电性质及激光感生横向电压效应;宋世金 等;《硅酸盐学报》;20150331;第43卷(第3期);全文 *
Low frequency magnetic emissions and resulting induced voltages;Howard Bassen;《BioMedical Engineering》;20080201;全文 *
Ultrafast transverse thermoelectric;Lan Yu 等;《Physica Status Solidi Rapid Research Letters》;20130730;第7卷(第3期);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN108534945A (zh) 2018-09-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Feisst et al. Current induced periodic ferroelectric domain structures in LiNbO3 applied for efficient nonlinear optical frequency mixing
US7561760B2 (en) System and method for optical beam steering using nanowires and method of fabricating same
JP5029542B2 (ja) 一次元ナノ構造体の製造方法及びその装置
DE112013003237T5 (de) Bildungsverfahren einer epitaktischen Schicht, Sputtervorrichtung, Herstellverfahren eines lichtemittierenden Halbleiterelements, lichtemittierendes Halbleiterelement und Beleuchtungsverfahren
CN108534945B (zh) 一种调制薄膜激光感生电压的方法
CN105762197A (zh) 基于铌镁酸铅钛酸铅单晶的半导体铁电场效应异质结构及其制备方法和应用
CN106400115A (zh) 具有高灵敏横向光感生电压响应的新型薄膜材料及其制备方法
US8472106B2 (en) Wavelength conversion element
JPWO2019058467A1 (ja) エピタキシャル成長用基板、エピタキシャル成長用基板の製造方法、エピタキシャル基板及び半導体素子
CN107293616B (zh) 一种基于铁电栅介质和CdSe纳米线的光电晶体管
EP1073109A3 (en) Single phase perovskite ferroelectric film on platinum electrode and method for forming same
US5453325A (en) Nonlinear optical waveguide multilayer structure
Shimogaki et al. Catalyst-free growth of ZnO nanowires on various-oriented sapphire substrates by pulsed-laser deposition
Nakashima et al. Raman image measurements of laser-recrystallized polycrystalline Si films by a scanning Raman microprobe
US20110273762A1 (en) Electrooptic Crystal and Device
KR20040077327A (ko) 강유전체 단결정을 이용한 단결정성 막 제조
US11974512B2 (en) Preparation method of silicon-based molecular beam heteroepitaxy material, memristor, and use thereof
JP2965644B2 (ja) 波長変換光学素子の製造方法
Mi et al. Microwave TFTs made of MOCVD ZnO with ALD Al 2 O 3 gate dielectric
Liu et al. Low electrical field induced oriented growth of ferroelectric LiNbO3 thin films and multilayers
Lemons An amorphous SiHx‐ferroelectric image scanner
CN1250780C (zh) 一种周期极化晶体的生长方法
Volk et al. Morphology and crystallinity control of wet chemically grown ZnO nanorods
Wang et al. Growth and Characterization of C-Oriented LiNbO 3 Thin Films on Si (100) by PLD
Nakaiso et al. Low-Temperature Preparation of Ferroelectric Sr2 (Ta1-x, Nbx) 2O7 Thin Films by Pulsed Laser Deposition and Their Application to Metal-Ferroelectric-Insulator-Semiconductor-FET

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant