專利名稱：一種快速響應(yīng)的光熱感生電壓薄膜材料及用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種快響應(yīng)的感生電壓材料及用途，屬于光、熱感生電壓材料和器件技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，光、熱測量儀主要分為光子型測量儀和量熱型測量儀兩大類。光子型測量儀是基于半導(dǎo)體材料中入射光對載流子的激發(fā)，如電子空穴的產(chǎn)生，來測量入射光的能量。這類探測器通常有很快的時(shí)間響應(yīng)，但受能帶和能級的限制，不能在寬的光譜范圍內(nèi)工作。量熱型測量儀是在吸收熱量時(shí)會(huì)有物理量的變化，通過對物理量參數(shù)的監(jiān)測而測量光輻射。 這類器件可以在很寬的光譜范圍內(nèi)工作但是需要較長的時(shí)間達(dá)到熱平衡，因此響應(yīng)時(shí)間慢。并且上述兩類器件大多需要施加偏壓或偏流，從而造成暗電流、熱噪音之類的干擾，同時(shí)消耗能量。一類新型光熱輻射探測器是基于材料kebeck系數(shù)的各向異性。將具有kebeck 系數(shù)各向異性的材料外延生長在傾斜的單晶襯底上，用光、熱輻射到薄膜上就會(huì)產(chǎn)生光感生電壓。其優(yōu)點(diǎn)是在很寬的光譜范圍(0. 19μπι 11 μ m)內(nèi)都可以得到高的響應(yīng)信號(hào)和快的響應(yīng)時(shí)間。在鈣鈦礦結(jié)構(gòu)和準(zhǔn)鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的薄膜材料體系中，響應(yīng)時(shí)間(指信號(hào)上升沿) 處于50ns到微秒數(shù)量級，但是還沒有突破10ns。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于獲得在響應(yīng)時(shí)間(指信號(hào)上升沿)短于10ns，半高寬17ns，可以在很寬的光譜范圍內(nèi)工作，且不需要施加任何偏壓、偏流、節(jié)省能源，工作流程簡便的光熱感生電壓材料及器件。本發(fā)明的技術(shù)方案是
選取LahSrxCoO3(X=O. 1-0.6)作為快響應(yīng)光熱感生電壓效應(yīng)的薄膜材料，其屬于鈣鈦礦(AhMxBO3)結(jié)構(gòu)類的氧化物，其中X=O. 1 0.6，A為三價(jià)稀土離子，M為二價(jià)堿土金屬離子，B為Mn、Co、Fe等可變價(jià)態(tài)的過渡族金屬離子，這類氧化物具有各向異性的kebeck系數(shù)。采用SrTiO3或LaAW3結(jié)構(gòu)材料作為單晶襯底，利用脈沖激光沉積技術(shù)在5 15° 傾斜的
SrTiO3或LaAlO3單晶襯底上生長Li^xSrxCoO3薄膜。然后在薄膜表面上的5 15°傾斜方向上制備電極，電極兩端通過同軸電纜接到高頻示波器上。當(dāng)脈寬為^ns,波長為248nm的脈沖激光照射到薄膜上，在薄膜傾斜方向上獲得響應(yīng)時(shí)間7ns，半高寬17ns的快速響應(yīng)的達(dá)伏特的電壓信號(hào)，由高頻示波器采集到該電壓信號(hào)。
本發(fā)明的原理
感生電壓公式可以表示為 ι
V =——ASixTsm 2Θ(1)
2d
在(1)式中V為薄膜在襯底傾斜方向上的感生電壓；1為薄膜接受光、熱輻射的長度，d 為薄膜厚度；Δ S= (Sab-Sc), Sab、Sc分別為ab面和c軸的Seebeck系數(shù)；Δ T為薄膜在襯底傾斜方向形成的溫度梯度；θ為單晶襯底法向與(001)軸之間的夾角，即傾斜角。本發(fā)明的有益效果是響應(yīng)時(shí)間突破了 IOns (小于10ns)，可以在很寬的光譜范圍內(nèi)工作，且不需要加任何的偏執(zhí)電壓和電流?？梢杂脕碇谱饕恍┛焖凫`敏反應(yīng)的光熱感生電壓探測器件，提高光、熱測量儀的反應(yīng)速度，用于工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域、甚至生活領(lǐng)域的脈沖光熱信號(hào)和軍事目標(biāo)的靈敏探測和追蹤。


圖1是本發(fā)明在傾斜SrTiO3單晶襯底上生長的Lai_xSrxCo03(X=0. 1-0.6)薄膜示意圖及脈沖激光感生電壓原理圖。圖2是本發(fā)明在傾斜角為10°的SrTiO3單晶襯底上生長的Laa5Sra5CoO3薄膜的光感生電壓信號(hào)曲線。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。實(shí)施例1
在圖1中選取LahSrxCoO3，其中X=O. 3作為快響應(yīng)激光感生電壓效應(yīng)的薄膜材料。首先利用脈沖激光沉積技術(shù)在傾斜角為10°的SrTiO3單晶襯底上生長LahSrxCoO3薄膜；然后按照圖1連接高頻示波器；用光輻射薄膜表面，則在傾斜角方向產(chǎn)生光感生電壓，從而可以得到感生電壓信號(hào)，形成相應(yīng)的圖像。圖2為用上述方法在傾斜角為10°的SrTiO3單晶襯底上生長的IAl5Sra5CoO3 薄膜，在^ns脈沖寬度的紫外激光(248nm)照射下得到的光感生電壓圖像?？梢缘贸?LEta5Sra5CoO3薄膜的響應(yīng)時(shí)間為7ns，半高寬17ns。實(shí)施例2:
在圖1中選取LahSrxCoO3，其中X=O. 1作為快響應(yīng)激光感生電壓效應(yīng)的薄膜材料。首先利用脈沖激光沉積技術(shù)在傾斜角為15°的SrTiO3單晶襯底上生長LahSrxCoO3薄膜；然后按照圖1連接高頻示波器；用光輻射薄膜表面，則在傾斜角方向產(chǎn)生光感生電壓，從而可以得到感生電壓信號(hào)，形成相應(yīng)的圖像。在^ns脈沖寬度的紫外激光(248nm)照射下得到的光感生電壓圖像。可以得出 LEia5Sra5CoO3薄膜的響應(yīng)時(shí)間為7ns，半高寬17ns。實(shí)施例3
在圖1中選取LahSrxCoO3，其中X=O. 6作為快響應(yīng)激光感生電壓效應(yīng)的薄膜材料。首先利用脈沖激光沉積技術(shù)在傾斜角為5°的SrTiO3單晶襯底上生長LahSrxCoO3薄膜；然后按照圖1連接高頻示波器；用光輻射薄膜表面，則在傾斜角方向產(chǎn)生光感生電壓，從而可以得到感生電壓信號(hào)，形成相應(yīng)的圖像。 在^ns脈沖寬度的紫外激光(248nm)照射下得到的光感生電壓圖像?？梢缘贸?LEia5Sra5CoO3薄膜的響應(yīng)時(shí)間為7ns，半高寬17ns。
權(quán)利要求
1.一種快速響應(yīng)的光熱感生電壓薄膜材料，其特征是采用SrTiO3或LaAW3結(jié)構(gòu)材料作為單晶襯底，La1^xSrxCoO3結(jié)構(gòu)材料作為快響應(yīng)的光熱感生電壓效應(yīng)的薄膜材料，其中 X=O. 1 0. 6。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速響應(yīng)感生電壓薄膜材料，其特征是Lai_xSrxCO03結(jié)構(gòu)的薄膜是生長在傾斜角為5 15°的SrTiO3、LaAW3單晶襯底上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的快速響應(yīng)感生電壓薄膜材料及其用途，其特征是用于工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域、甚至生活領(lǐng)域的脈沖光熱信號(hào)和軍事目標(biāo)的靈敏探測和追蹤。
全文摘要
一種響應(yīng)時(shí)間突破10ns的感生電壓材料及用途，選取La1-xSrxCoO3(X=0.1-0.6)作為快響應(yīng)感生電壓的材料，利用脈沖激光沉積技術(shù)在傾斜的SrTiO3單晶襯底上生長薄膜，其具有光、熱輻射感生電壓效應(yīng)。即在脈寬為28ns，波長為248nm的脈沖激光照射到薄膜上，在薄膜傾斜方向上獲得響應(yīng)時(shí)間7ns，半高寬17ns的快速響應(yīng)的達(dá)伏特的電壓信號(hào)，由高頻示波器采集到該電壓信號(hào)。特點(diǎn)是響應(yīng)時(shí)間快，可以在寬光譜(0.19μm～11μm)工作，工作流程簡便，節(jié)約能源?？梢杂脕碇谱饕恍┛焖凫`敏反應(yīng)的光熱感生電壓探測器件，提高光、熱測量儀的反應(yīng)速度，用于工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域、甚至生活領(lǐng)域的脈沖光熱信號(hào)和軍事目標(biāo)的靈敏探測和追蹤。
文檔編號(hào)H01L35/22GK102544347SQ201110294899
公開日2012年7月4日 申請日期2011年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月8日
發(fā)明者哈勃邁爾.漢斯.烏利希, 張鵬翔, 晏國文, 王勇, 虞瀾 申請人:昆明理工大學(xué)