CN108922939A - 一种强吸收光热探测器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及探测器技术领域，具体涉及一种强吸收光热探测器及其制备方法，光热探测器由基底层、光热探测结构、第一电极和第二电极构成，光热探测结构覆于基底层之上，第一电极和第二电极分别连接于光热探测器的两侧，光热探测结构包括热敏感线，热敏感线上表面设有多个微孔，热敏感线的表面和微孔的内壁表面均附有一层贵金属颗粒层，用于增大入射光与贵金属颗粒层的作用面积，增加对于入射光的吸收，从而引起更加强烈的表面等离激元共振，形成宽频吸收。微孔是由热敏材料本身制成的，更有利于传递光热探测结构所吸收的热量，有利于提高探测的灵敏度、提高光热探测精度、增加应用范围。
Description
技术领域
本发明属于探测器技术领域，具体涉及一种强吸收光热探测器及其制备方法。
背景技术
光热探测器因其制备简单，使用方便被广泛应用于各行各业，主要是通过将入射光的光信号转化为热能，热能再转化为电信号，然后利用电信号表征光信号。光信号转化为热能的这一过程中，对于光的吸收是很重要的一步，但传统的光热探测器的光吸收能力都比较弱，其光热探测精度也比较低。
发明内容
为了解决现有技术中存在的光热探测器的光吸收能力弱的问题，本申请实施例提供了一种强吸收光热探测器及其制备方法，本申请实施例光热探测器结构简单，设计巧妙，通过采用在热敏感线上设置多个微孔然后蒸镀贵金属颗粒层，使得热敏感线的表面和微孔内壁表面都附着贵金属颗粒的技术手段，增强光热探测结构局域表面等离激元共振，提高对入射光的吸收，从而达到提高光热探测器探测精度的效果。
本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
一种强吸收光热探测器，由基底层、光热探测结构、第一电极和第二电极构成；所述光热探测结构覆于基底层之上；所述第一电极和第二电极分别连接于所述光热探测器的两侧；所述光热探测结构包括热敏感线；所述热敏感线上表面设有多个微孔，所述热敏感线的表面和微孔的内壁表面均附有一层贵金属颗粒层。
进一步地，所述光热探测结构与基底层之间连接有一介质层。
进一步地，热敏感线的厚度为3~4μm。
进一步地，所述微孔的深度不小于2μm，微孔的直径为0.3~1μm；所述贵金属颗粒层厚度不大于0.1μm。
进一步地，所述介质层为透明或半透明的绝缘非金属材料制成；所述热敏感线由锗化硅材料制成；所述贵金属为金。
进一步地，一种强吸收光热探测器的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、准备基底层，利用电子束蒸发法在基底层上蒸镀二氧化硅，形成介质层；
步骤2，利用物理气相沉积法在步骤1形成的介质层上蒸镀锗化硅，形成热敏感线；
步骤3、利用图形发生器设计微孔的形状，然后利用聚焦离子束技术在步骤2形成的热敏感线上刻蚀微孔；
步骤4、利用电子束蒸发法在步骤3制备好的含有微孔的热敏感线上蒸镀贵金属颗粒，在热敏感线表面和微孔内壁表面形成一层贵金属颗粒层，得到光热探测结构；
步骤5、利用电化学蒸镀法，真空条件下在步骤4形成的光热探测结构两侧分别蒸镀第一电极和第二电极，用于连接外电路，即可得到所述强吸收光热探测器。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本申请实施例由于采用了在热敏感线上设置多个微孔，然后在热敏感线的表面和微孔内壁表面均设置贵金属颗粒层的技术手段，增大入射光与贵金属颗粒层的作用面积，增加对于入射光的吸收，从而引起更加强烈的表面等离激元共振。尤其是在入射光的作用下，微孔内部的贵金属颗粒层形成谐振腔，微孔内壁上的贵金属颗粒层在入射光的激励下产生沿微孔腔体内径方向的共振，形成沿贵金属颗粒层表面传播的电磁波，形成宽频吸收，相较于传统的吸收层表面吸收不仅增强了对光子的吸收能力，而且其吸收频带更宽。微孔是在热敏材料本身上制成的，更有利于传递光热探测结构所吸收的热量，有利于提高探测的灵敏度、提高光热探测精度、增加应用范围。
附图说明
图1是本申请实施例光热探测器的结构示意图；
图2是本申请实施例光热探测结构的结构示意图；
图3是本申请实施例光热探测结构微孔的结构示意图。
其中，图中：1、基底层；2、介质层；3、光热探测结构；31、热敏感线；32、微孔；33、贵金属颗粒层；41、第一电极；42、第二电极。
具体实施方式
本申请实施例提供了本申请实施例一种强吸收光热探测器及其制备方法，通过采用在热敏感线上设置多个微孔，然后在热敏感线的表面和微孔内壁表面均设置贵金属颗粒层的技术手段，增大入射光与贵金属颗粒层的作用面积，增加对于入射光的吸收，从而引起更加强烈的表面等离激元共振。尤其是在入射光的作用下，微孔内部形成谐振腔，微孔内壁上的贵金属颗粒层在入射光的激励下产生沿微孔腔体内径方向的共振，形成沿贵金属颗粒层表面传播的电磁波，形成宽频吸收，相较于传统的吸收层表面吸收不仅增强了对光子的吸收，吸收频带更宽，提高对入射光的吸收，从而达到提高光热探测器探测精度的效果。
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1：
如图1所示为本实施例一种强吸收光热探测器，由基底层1、光热探测结构3、第一电极41和第二电极42构成，光热探测结构3覆于基底层1之上，第一电极41和第二电极42分别连接于光热探测器的两侧。
具体而言：本实施例基底层1优选为ITO玻璃，光电特性优异，具强导电能力和高透光性。当入射光照射到光热探测结构3，将光信号转化电信号，然后通过第一电极41与第二电极42连接外电路，将电信输出到显示装置，即可检测到入射光信号，实现光热探测的目的。
本实施例光热探测结构3包括热敏感线31，如图2和图3所示，本实施例热敏感线31上表面设有多个微孔32，热敏感线31的表面和微孔32的内壁表面均附有一层贵金属颗粒层33。
具体而言：本实施例贵金属优选为金，贵金属颗粒层33厚度不大于0.1μm。所述微孔32的深度不小于2μm，微孔32的直径为0.3~1μm。本实施例热敏感线31优选为锗化硅材料制成，所述热敏感线31形状可以为块状、球状、不规则形状或者以上两种或多种形状的组合，所述热敏感线31的表面可以是光滑平面或者曲面，热敏感线31的厚度为3~4μm。
光热探测结构3与基底层1之间连接有一介质层2，介质层2为透明或半透明的绝缘非金属材料制成。
具体而言：本实施例介质层2优选为二氧化硅，绝缘和透光性好，且价廉易得，降低制备成本。
当入射光照射到贵金属颗粒层33表面时，贵金属颗粒层33表面的自由电子产生集体振动，形成沿着贵金属颗粒层33表面传播的电磁波，当入射光的频率与贵金属颗粒层33共振频率相等时，产生共振现象，入射光的能量转化为金属内部自由电子的集体振动能，振动产生的热能传递到热敏感线31，随着贵金属颗粒层33温度不断的变化，热敏感线31的温度也随之改变，热敏感线31晶体表面的极化电荷则随之发生改变。在外电场的作用下，热敏感线31内部电荷重新分布，正电荷趋向阴极，负电荷趋向阳极，热敏感线31一个表面带正电，一个表面带负电，产生电极化现象，从而达到从光到电的信号转化的目的，然后通过外电路将电信号输出，利用电信号表征光信号。
本实施例由于采用了在热敏感线31上设置多个微孔32，然后在热敏感线31的表面和微孔32内壁表面均设置贵金属颗粒层33的技术手段，增大入射光与贵金属颗粒层33的作用面积，增加对于入射光的吸收，从而引起更加强烈的表面等离激元共振。尤其是在入射光的作用下，微孔32内部贵金属颗粒层33形成谐振腔，微孔32内壁上的贵金属颗粒层33在入射光的激励下产生沿微孔32腔体内径方向的共振，形成沿贵金属颗粒层33表面传播的电磁波，形成宽频吸收，相较于传统的吸收层表面吸收不仅增强了对光子的吸收，而且产生频带更宽的吸收，克服了目前光热探测器只能在紫外和红外波段的探测的局限性，提高光热探测精度、增加应用范围。
当入射光照射吸收层时只能在金属层的表面产生表面等离激元，而光大多被散射而无法进入到金属内部，本实施例在热敏感线31上设置多个微孔32，使得入射光可以照射到吸收层的底部，提供光子在金属内部纵向传播路径，不仅产生沿横向传播的电磁波也产生沿纵向传播的电磁波，全方位增强表面等离激元效应，增强对于入射光的吸收，提高光热探测灵敏度。此外，利用最少的吸收材料实现最大的吸收，从原料上降低制备成本，提高探测效果。
实施例2：
基于实施例1公开的一种强吸收光热探测器，本实施例公开了一种强吸收光热探测器的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、准备基底层1，利用电子束蒸发法在基底层1上蒸镀二氧化硅，形成介质层2；
步骤2，利用物理气相沉积法在步骤1形成的介质层2上蒸镀锗化硅，形成热敏感线31；
步骤3、利用图形发生器设计微孔32的形状，然后利用聚焦离子束技术在步骤2形成的热敏感线31上刻蚀微孔32；
步骤4、利用电子束蒸发法在步骤3制备好的含有微孔32的热敏感线31上蒸镀贵金属颗粒，在热敏感线31表面和微孔32内壁表面形成一层贵金属颗粒层33，得到光热探测结构3；
步骤5、利用电化学蒸镀法，真空条件下在步骤4形成的光热探测结构3两侧分别蒸镀第一电极41和第二电极42，用于连接外电路，即可得到强吸收光热探测器。
本实施例依次采用物理气相沉积、离子束刻蚀和电子束蒸发法制备光热探测结构3，制备工艺简单，尤其是使用离子束刻蚀和可以精准的控制微孔32的大小和形状，大大提高结构的制备精度，降低制备成本。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种强吸收光热探测器，其特征在于：由基底层、光热探测结构、第一电极和第二电极构成；所述光热探测结构覆于基底层之上；所述第一电极和第二电极分别连接于所述光热探测器的两侧；所述光热探测结构包括热敏感线；所述热敏感线上表面设有多个微孔，所述热敏感线的表面和微孔的内壁表面均附有一层贵金属颗粒层。
2.根据权利要求1所述的强吸收光热探测器，其特征在于：所述光热探测结构与基底层之间连接有一介质层。
3.根据权利要求1所述的强吸收光热探测器，其特征在于：热敏感线的厚度为3~4μm。
4.根据权利要求1所述的强吸收光热探测器，其特征在于：所述微孔的深度不小于2μm，微孔的直径为0.3~1μm；所述贵金属颗粒层厚度不大于0.1μm。
5.根据权利要求1所述的强吸收光热探测器，其特征在于：所述基底层为ITO玻璃；所述介质层为透明或半透明的绝缘非金属材料制成；所述热敏感线由锗化硅材料制成；所述贵金属为金。
6.根据权利要求1-5所述任一强吸收光热探测器的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1、准备基底层，利用电子束蒸发法在基底层上蒸镀二氧化硅，形成介质层；
步骤2，利用物理气相沉积法在步骤1形成的介质层上蒸镀锗化硅，形成热敏感线；
步骤3、利用图形发生器设计微孔的形状，然后利用聚焦离子束技术在步骤2形成的热敏感线上刻蚀微孔；
步骤4、利用电子束蒸发法在步骤3制备好的含有微孔的热敏感线上蒸镀贵金属颗粒，在热敏感线表面和微孔内壁表面形成一层贵金属颗粒层，得到光热探测结构；
步骤5、利用电化学蒸镀法，真空条件下在步骤4形成的光热探测结构两侧分别蒸镀第一电极和第二电极，用于连接外电路，即可得到所述强吸收光热探测器。
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