一种低成本磁场探测装置的制作方法

1.本发明涉及磁场探测领域，具体涉及一种低成本磁场探测装置。


背景技术：

2.磁场测量涉及工业的诸多领域。在现有技术中，存在各种类型的含有磁致电阻效应的探测装置，包括磁致电阻变化、磁致阻抗变化、磁通门、半导体霍尔效应等。传统磁场探测器的探测灵敏度低、成本高，不能满足高科技发展的需要。


技术实现要素：

3.为解决以上问题，本发明提供了一种低成本磁场探测装置，包括基底、底电极层、半导体层、敏感层、石墨烯层；底电极层设置在基底上，半导体层设置在底电极层上，敏感层设置在半导体层上，石墨烯层覆盖敏感层；敏感层包括贵金属颗粒和磁致伸缩材料颗粒，贵金属颗粒和磁致伸缩材料颗粒掺杂在一起；石墨烯层和底电极层通过外电路连接。
4.更进一步地，贵金属颗粒为长方体。
5.更进一步地，贵金属颗粒为球形。
6.更进一步地，贵金属颗粒为球壳形。
7.更进一步地，磁致伸缩材料颗粒为球形。
8.更进一步地，磁致伸缩材料颗粒的尺寸小于贵金属颗粒的尺寸。
9.更进一步地，贵金属颗粒的材料为金或银。
10.更进一步地，半导体层的材料为二氧化钛、氧化锌或氧化铝。
11.更进一步地，石墨烯层中石墨烯的层数小于10。
12.更进一步地，贵金属颗粒的尺寸不相等，磁致伸缩材料颗粒的尺寸不相等。
13.本发明的有益效果：本发明提供了一种低成本磁场探测装置，包括基底、底电极层、半导体层、敏感层、石墨烯层；底电极层设置在基底上，半导体层设置在底电极层上，敏感层设置在半导体层上，石墨烯层覆盖敏感层；敏感层包括贵金属颗粒和磁致伸缩材料颗粒，贵金属颗粒和磁致伸缩材料颗粒掺杂在一起；石墨烯层和底电极层通过外电路连接。应用时，光照射石墨烯层，光穿过石墨烯层后，在贵金属颗粒中激发局域表面等离激元共振，从而在贵金属颗粒中产生热电子；热电子穿过贵金属颗粒与半导体层之间的肖特基势垒后，被底电极层收集，在外电路中形成电流。在待测磁场的作用下，磁致伸缩材料颗粒发生膨胀，改变了贵金属颗粒之间的距离，从而改变了贵金属颗粒中的局域表面等离激元共振，进而改变了热电子的数目和外电路中的电流。在本发明中，将磁致伸缩材料颗粒和贵金属颗粒掺杂在一起即可，制备简单，成本低。另外，因为贵金属颗粒中的表面等离激元共振严重地依赖于贵金属颗粒之间的距离，所以本发明具有磁场探测灵敏度高的优点。
14.以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
附图说明
15.图1是一种低成本磁场探测装置的示意图。
16.图中：1、基底；2、底电极层；3、半导体层；4、敏感层；41、贵金属颗粒；42、磁致伸缩材料颗粒；5、石墨烯层。
具体实施方式
17.为使本发明的目的、原理、技术方案和优点更加清晰明白，以下将结合具体实施例，并参照附图对本发明做详细的说明。
18.实施例1
19.本发明提供了一种低成本磁场探测装置。如图1所示，该低成本磁场探测装置包括基底1、底电极层2、半导体层3、敏感层4、石墨烯层5。底电极层2设置在基底1上。基底1的材料为绝缘材料，基底1的材料可以为二氧化硅。底电极层2的材料为金、银、铜中的一种。半导体层3设置在底电极层2上。半导体层3的材料为二氧化钛、氧化锌或氧化铝。敏感层4设置在半导体层3上。石墨烯层5覆盖敏感层4。敏感层4包括贵金属颗粒41和磁致伸缩材料颗粒42，贵金属颗粒41和磁致伸缩材料颗粒42掺杂在一起。贵金属颗粒41的材料为金或银。贵金属颗粒41的形状为长方体形。在磁场的作用下，磁致伸缩材料颗粒42的体积发生变化。具体地，磁致伸缩材料颗粒42的体积增加。磁致伸缩材料颗粒42的材料为镍合金、铁基合金、铁氧体材料。石墨烯层5和底电极层2通过外电路连接。石墨烯层5中石墨烯的层数小于10，以便于更多的入射光穿透石墨烯层5和石墨烯5能够将光限制在贵金属颗粒41周围。在本发明中，石墨烯层5不仅作为电极，而且用以聚集入射光，使得入射光能够更好地聚集在贵金属颗粒41周围，在贵金属颗粒41上形成更强的表面等离激元共振，从而在贵金属颗粒41中产生更多的热电子。
20.应用时，光照射石墨烯层5，光穿过石墨烯层5后，在贵金属颗粒41中激发局域表面等离激元共振，从而在贵金属颗粒41中产生热电子；热电子穿过贵金属颗粒41与半导体层3之间的肖特基势垒后，被底电极层2收集，在外电路中形成电流。在待测磁场的作用下，磁致伸缩材料颗粒42发生膨胀，改变了贵金属颗粒41之间的距离，从而改变了贵金属颗粒41中的局域表面等离激元共振，进而改变了热电子的数目和外电路中的电流。在本发明中，将磁致伸缩材料颗粒42和贵金属颗粒41掺杂在一起即可，制备简单，成本低。另外，因为贵金属颗粒41中的表面等离激元共振严重地依赖于贵金属颗粒41之间的距离，所以本发明具有磁场探测灵敏度高的优点。
21.另外，在本发明中，当磁致伸缩材料颗粒42伸长时，也改变了贵金属颗粒41与半导体层3之间的界面，从而改变了肖特基势垒，进而改变了穿过肖特基势垒的电子数目，从而实现更高灵敏度的磁场探测。
22.实施例2
23.在实施例1的基础上，贵金属颗粒41为球形。磁致伸缩材料颗粒42的形状也为球形。球形的贵金属颗粒41和球形的贵金属颗粒41之间的接触面积小。当磁致伸缩材料颗粒42伸长时，球形贵金属颗粒41之间的距离改变，能够更多地改变表面等离激元共振，从而更多地改变贵金属颗粒41中的热电子，进而更多地改变外电路中的电流，从而实现更高灵敏度的磁场探测。
24.实施例3
25.在实施例1的基础上，贵金属颗粒41为球壳形。磁致伸缩材料颗粒42的形状为球形。也就是说，贵金属颗粒41为空心球壳。这样一来，当磁致伸缩材料颗粒42伸长时，挤压贵金属颗粒41，贵金属颗粒41易于产生形变，因为贵金属颗粒41的表面等离激元共振严重地依赖于贵金属颗粒41的形貌，所以球壳形的贵金属颗粒41能够更多地被改变表面等离激元共振。因此，本实施例能够实现更高灵敏度的磁场探测。
26.实施例4
27.在实施例1或3的基础上，磁致伸缩材料颗粒42的尺寸小于贵金属颗粒41的尺寸。也就是说贵金属颗粒41的高度大于磁致伸缩材料颗粒42。这样一来，当磁致伸缩材料颗粒42伸长或膨胀时，贵金属颗粒41受到挤压，产生向上方向的力，从而改变了贵金属颗粒41与半导体层3之间的界面，从而改变了贵金属颗粒41与半导体层3之间的肖特基势垒，从而改变了穿过肖特基势垒的热电子数目，从而实现更高灵敏度的磁场探测。
28.更进一步地，贵金属颗粒41的尺寸不相等，磁致伸缩材料颗粒42的尺寸不相等。也就是说，贵金属颗粒41为多个，这些贵金属颗粒41的尺寸不同，有较大尺寸的贵金属颗粒41和较小尺寸的贵金属颗粒41；磁致伸缩材料颗粒42为多个，这些磁致伸缩材料颗粒42的尺寸不同，有较大尺寸的磁致伸缩材料颗粒42和较小尺寸的磁致伸缩材料颗粒42。这样一来，贵金属颗粒41能够产生多种共振模式，热电子是贵金属颗粒41中的多种振动情况决定的。当磁致伸缩材料颗粒42伸长或膨胀时，热电子数目的改变是多种振动改变的结果。因此，探测结果更准确。
29.应当理解的是上述实施方式描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以权利要求书为准。