專利名稱：一種用于紫外探測(cè)的傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于光電子技術(shù)領(lǐng)域。涉及一種探測(cè)紫外光的光電器件，尤其是以寬帶隙半導(dǎo)體薄膜為紫外光吸光層的紫外光傳感器。
背景技術(shù)：
目前使用的紫外光傳感器，如已投入商業(yè)和軍事應(yīng)用的紫外光電倍增管和硅基紫外光電管，存在以下不足。光電倍增管需要在高壓下工作，而且體積笨重、效率低；而作為窄帶隙半導(dǎo)體，Si材料對(duì)可見(jiàn)光同樣存在吸收，因此硅基紫外光電管不得不使用昂貴的濾光器而使得成本居高不下，這就使得二者的廣泛應(yīng)用受到了限制。為了克服光電倍增管體積笨重和效率低，硅基紫外光電管成本高的缺點(diǎn)，人們開(kāi)始關(guān)注SiC[王麗玉，謝家純，劉文齊.SiC肖特基紫外光電探測(cè)器的研制，半導(dǎo)體光電，25(1)，2004，25-28]、金剛石薄膜[Giovanni Mazzeo，Stefano Salvatori，Maria Cristina Rossi，Gennaro Conte，Marie-Claude Castex，DeepUV pulsed laser monitoring by CVD diamond sensors，Sensors and Actuators A，113(3)，2004，277-281]和GaN[王俊，趙德剛，劉宗順，馮淦，朱建軍，沈曉民，張寶順，楊輝.GaN基MSM結(jié)構(gòu)紫外光探測(cè)器，中國(guó)科學(xué)(G輯)，33(1)，2003，34-38]等寬帶隙半導(dǎo)體紫外光探測(cè)器。但這些材料制備的紫外光傳感器同樣存在許多的不足，如SiC具有間接帶隙，使得制造出的探測(cè)器靈敏度不高；金剛石薄膜和GaN需要應(yīng)用昂貴的制備設(shè)備和襯底材料，故成本較高，而且制備工藝還不夠成熟。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的就是提供一種制備工藝成熟可靠，設(shè)備費(fèi)用低，而且成本較低的紫外光傳感器。
本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)思想是以導(dǎo)電基底為載體的寬帶隙半導(dǎo)體薄膜電極做光敏電極，光敏電極的半導(dǎo)體微晶膜面向外，連同參比電極和對(duì)電極一起置于盛有電解液的石英電解池內(nèi)構(gòu)成紫外光電化學(xué)電池，即傳感器的紫外檢測(cè)部分。光敏電極、參比電極和對(duì)電極依次固定在盛有電解液的石英電解池內(nèi)，三個(gè)電極極面保持并行，三個(gè)電極由導(dǎo)線連接并經(jīng)密封材料密封后引出電解池，而后將電解池用密封材料密封。光敏電極和參比電極通過(guò)導(dǎo)線連接到偏置電壓電路，光敏電極和對(duì)電極通過(guò)導(dǎo)線連接到電流轉(zhuǎn)換電路，電流轉(zhuǎn)換電路連接到信號(hào)處理電路，信號(hào)處理電路輸出與所接收紫外光強(qiáng)度成比例的電壓信號(hào)，從而構(gòu)成紫外光傳感器的整機(jī)。偏置電壓電路向光敏電極提供偏置電壓，當(dāng)紫外光照射到半導(dǎo)體微晶薄膜上時(shí)，光敏電極中產(chǎn)生光生電子-空穴對(duì)，其中光生電子經(jīng)導(dǎo)電基底傳入外電路，而光生空穴則與電解液發(fā)生氧化反應(yīng)，從而使形成循環(huán)回路，產(chǎn)生光電流信號(hào)。該電流信號(hào)經(jīng)電流轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)為電壓信號(hào)，電流轉(zhuǎn)換電路輸出的電壓信號(hào)連接到信號(hào)處理電路，信號(hào)處理電路輸出與所接收紫外光強(qiáng)度成比例的電壓信號(hào)，從而達(dá)到紫外光傳感的目的。
本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是一種用于紫外探測(cè)的傳感器，由紫外光檢測(cè)器10、偏置電壓電路11、電流轉(zhuǎn)換電路12和信號(hào)處理電路13依次連接構(gòu)成，紫外光檢測(cè)器10中的光敏電極5和參比電極6連接到偏置電壓電路11，光敏電極5和對(duì)電極7連接到電流轉(zhuǎn)換電路12，電流轉(zhuǎn)換電路12輸出的電壓信號(hào)連接到信號(hào)處理電路13，信號(hào)處理電路13輸出與所接收紫外光強(qiáng)度成比例的電壓信號(hào)。
其紫外光檢測(cè)器10的構(gòu)成為寬禁帶半導(dǎo)體薄膜光敏電極5、參比電極6和對(duì)電極7依次設(shè)置在盛有電解液9的石英電解池4內(nèi)，三個(gè)電極極面保持并行，且彼此間距0.5-1.0cm，光敏電極5的寬禁帶半導(dǎo)體薄膜3膜面朝向石英電解池4外側(cè)；三個(gè)電極由導(dǎo)線8連接并經(jīng)密封材料密封后引出電解池4，而后將電解池4用密封材料密封。
其紫外光檢測(cè)器10的光敏電極5由基底1、涂于基底1上的導(dǎo)電膜2、涂于導(dǎo)電膜2上的寬禁帶半導(dǎo)體薄膜3三部分構(gòu)成。
基底1材料是金屬、半導(dǎo)體或玻璃。
導(dǎo)電膜2為半導(dǎo)體導(dǎo)電薄膜或金屬薄膜。
本實(shí)用新型的有益效果是，可以低成本制備紫外光傳感器，且寬禁帶半導(dǎo)體薄膜因受帶隙寬度的限制，對(duì)紅外和可見(jiàn)光無(wú)吸收，避免了除紫外光以外的其它光源的干擾。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說(shuō)明。


圖1是本實(shí)用新型光敏電極的剖面構(gòu)造圖。
圖2是本實(shí)用新型紫外光探測(cè)器三維構(gòu)造圖圖3是本實(shí)用新型的連接示意圖圖中，1.基底，2.導(dǎo)電薄膜，3.寬禁帶半導(dǎo)體薄膜，4.石英電解池，5.以導(dǎo)電基底為載體的寬帶隙半導(dǎo)體薄膜光敏電極，6.參比電極，7.，對(duì)電極，8.導(dǎo)線，9.電解液，10.紫外光檢測(cè)器，11.偏置電壓電路，12.電流轉(zhuǎn)換電路，13.信號(hào)處理電路。
具體實(shí)施方式
利用化學(xué)或物理方法在涂有ITO導(dǎo)電膜2的玻璃基底1上制備一層寬帶隙半導(dǎo)體薄膜3，以制成電極，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。在圖2中，將所制得的以導(dǎo)電基底為載體的寬帶隙半導(dǎo)體薄膜光敏電極5與參比電極6和對(duì)電極7一起設(shè)置在盛有電解液9的石英電解池4內(nèi)，電極極面保持平行，且彼此間距0.5-1.0cm，光敏電極5的半導(dǎo)體膜面向外以接受紫外光。三個(gè)電極通過(guò)導(dǎo)線8引出石英電解池4，導(dǎo)線與電極的接觸處用導(dǎo)電膠固定后連同其它金屬裸露處一起用環(huán)氧樹(shù)脂密封，以防止電解液9與導(dǎo)體部分直接發(fā)生反應(yīng)。電解池4經(jīng)密封材料密封，即得到紫外光檢測(cè)器10。
如圖3所示，紫外光檢測(cè)器10依次與偏置電壓電路11、電流轉(zhuǎn)換電路12和信號(hào)處理電路13連接，從而構(gòu)成紫外光傳感器的整機(jī)。IC1采用MAX6520電壓基準(zhǔn)，輸出1.2V穩(wěn)定電壓。該電壓經(jīng)運(yùn)算放大器IC3反向放大得到-0.4V的穩(wěn)定電壓，該電壓輸入運(yùn)算放大器IC2的同相輸入端，IC2的反向輸入端與甘汞電極相連，IC2的輸出端與鉑電極相連，由IC2控制甘汞電極電壓保持-0.4V的穩(wěn)定電壓，可調(diào)電阻R2可調(diào)節(jié)甘汞電極電壓數(shù)值。測(cè)試電極與運(yùn)算放大器IC4的反向輸入端相連，IC4接成電流放大器形式，其反向輸入端為“虛地”，電壓為0V，則與之相連的測(cè)試電極電壓也為0V，保持測(cè)試電極高于甘汞電極0.4V。IC4輸出電壓為測(cè)試電極電流與電阻R3的乘積，與測(cè)試電極電流為線性關(guān)系。IC4的輸出電壓經(jīng)運(yùn)算放大器IC5做暗電流補(bǔ)償后輸出與入射紫外光強(qiáng)相對(duì)應(yīng)的電壓，由此電壓可獲得入射紫外光強(qiáng)，調(diào)節(jié)R9可調(diào)整被補(bǔ)償?shù)陌惦娏鲾?shù)值。IC2-5采用ICL7652低漂移高阻抗運(yùn)算放大器。
權(quán)利要求1.一種用于紫外探測(cè)的傳感器，其特征在于，由紫外光檢測(cè)器(10)、偏置電壓電路(11)、電流轉(zhuǎn)換電路(12)和信號(hào)處理電路(13)依次連接構(gòu)成，紫外光檢測(cè)器(10)中的光敏電極(5)和參比電極(6)連接到偏置電壓電路(11)，光敏電極(5)和對(duì)電極(7)連接到電流轉(zhuǎn)換電路(12)，電流轉(zhuǎn)換電路(12)輸出的電壓信號(hào)連接到信號(hào)處理電路(13)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于紫外探測(cè)的傳感器，其特征在于，其紫外光檢測(cè)器(10)的構(gòu)成為寬禁帶半導(dǎo)體薄膜光敏電極(5)、參比電極(6)和對(duì)電極(7)依次設(shè)置在盛有電解液(9)的石英電解池(4)內(nèi)，三個(gè)電極極面保持并行，且彼此間距0.5-1.0cm，光敏電極(5)的寬禁帶半導(dǎo)體薄膜(3)膜面朝向石英電解池(4)外側(cè)；三個(gè)電極由導(dǎo)線(8)連接并經(jīng)密封材料密封后引出電解池(4)，電解池(4)用密封材料密封。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種用于紫外探測(cè)的傳感器，其特征在于，其紫外光檢測(cè)器(10)的光敏電極(5)由基底(1)、涂于基底(1)上的導(dǎo)電膜(2)、涂于導(dǎo)電膜(2)上的寬禁帶半導(dǎo)體薄膜(3)三部分構(gòu)成。
專利摘要一種用于紫外探測(cè)的傳感器屬于光電子技術(shù)領(lǐng)域。它由紫外光檢測(cè)器10、偏置電壓電路11、電流轉(zhuǎn)換電路12和信號(hào)處理電路13構(gòu)成。紫外光檢測(cè)器10的外部容器為石英電解池4，以導(dǎo)電基底為載體的寬帶隙半導(dǎo)體薄膜光敏電極5與參比電極6、對(duì)電極7一起設(shè)置在盛有電解液9的石英電解池4內(nèi)，光敏電極5的半導(dǎo)體膜面向外以接受紫外光，三個(gè)電極通過(guò)導(dǎo)線8引出石英電解池4。本實(shí)用新型器件的光敏電極5由基底1、導(dǎo)電膜2和寬禁帶半導(dǎo)體薄膜3構(gòu)成，能夠防止除紫外光以外的其它光源的干擾，并具有靈敏度高、響應(yīng)速度快、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、價(jià)格低、壽命長(zhǎng)、實(shí)用可靠的優(yōu)點(diǎn)，適于各種復(fù)雜環(huán)境的使用。
文檔編號(hào)H01L31/08GK2864630SQ20052014610
公開(kāi)日2007年1月31日 申請(qǐng)日期2005年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月28日
發(fā)明者曹望和, 付姚 申請(qǐng)人:大連海事大學(xué)