本发明涉及一种光、热探测器，具体地说是涉及一种基于硒化锡薄膜横向热电效应的光、热探测器。
背景技术：
当一束光或热源辐照到具有c轴倾斜结构（即薄膜的c轴方向和薄膜表面法线方向有一个夹角）的薄膜表面上时，薄膜上下表面会立即建立起一个温差δtz，如果该薄膜材料的塞贝克系数存在各向异性，则可以在薄膜表面探测到一个与温差相垂直的开路电压信号。这种温差和因温差产生的电压相互垂直的热电效应称之为横向热电效应。
基于横向热电效应可以设计制作光、热探测器，探测器的输出电压可以表示为：
式中，l和d分别为被辐照的薄膜长度和薄膜厚度；α是薄膜c轴的倾斜角度，即薄膜c轴方向和薄膜表面法线方向的夹角；δs=sab-sc是薄膜ab面和c轴方向塞贝克系数的差值。
基于薄膜横向热电效应设计制作的光探测器具有电路结构简单，无需外加偏压和制冷部件，响应波段宽（从紫外一直到远红外），响应时间快等优势。然而，目前这类探测器所用的探测元件均为结构复杂的多元氧化物薄膜，如钇钡铜氧、镧钙锰氧、铋锶钴氧等薄膜，制备工艺流程多、成本高，且在连续激光辐照下，探测器的性能较差。
技术实现要素：
本发明的目的就是提供一种基于硒化锡薄膜横向热电效应的光、热探测器，以解决现有探测器在连续激光辐照下性能待提高，探测元件制备工艺流程繁琐、成本高的问题。
本发明的目的是这样实现的：
一种基于硒化锡薄膜横向热电效应的光、热探测器，包括探测元件、金属电极和金属引线；所述探测元件包括氧化物单晶基片和沉积在所述氧化物单晶基片上且c轴倾斜生长的硒化锡单晶薄膜；在所述硒化锡单晶薄膜的上表面对称设置有两个金属电极，所述金属电极经由所述金属导线与电压表输入端相连接。
所述硒化锡单晶薄膜的厚度为10nm~1μm。可选地，所述硒化锡单晶薄膜的厚度为100nm~1μm。
所述硒化锡单晶薄膜的c轴方向与所述硒化锡单晶薄膜表面法线方向的夹角为0°~45°。可选地，硒化锡单晶薄膜的c轴方向与所述硒化锡单晶薄膜表面法线方向的夹角为10°~15°。
所述硒化锡单晶薄膜是通过脉冲激光沉积技术制备而成，所用激光靶材为硒化锡多晶靶。
所述硒化锡多晶靶的制备步骤包括下述步骤：按照化学式snse的原子摩尔计量比称量单质sn和se粉末，混合，得到混合物料；将混合物料进行球磨；将球磨后的物料压制成厚度为5~20mm、直径为20~50mm的圆片；利用真空封管技术将所述圆片封装在石英管中，采用固相烧结工艺进行烧结，即可得到硒化锡多晶靶。
具体地，将混合物料放进真空球磨罐内，并在球磨机中研磨12h；将研磨后的物料压制成厚度为5~20mm、直径为20~50mm的圆片；利用真空封管技术将所述圆片封装在石英管中，以1℃/min的速度升温至230℃，保持10h，再以1℃/min升温至360℃，保持10h，自然冷却，即可得到硒化锡多晶靶。
在进行硒化锡单晶薄膜沉积之前，将脉冲激光沉积腔体本底真空抽至10-4~10-8pa，然后用纯度为99.999%的氩气清洗腔体3~5遍，再抽至10-4~10-8pa。
所述脉冲激光沉积硒化锡单晶薄膜的条件为：激光波长308nm，激光线宽20ns，激光频率5hz，激光能量密度1~1.5mj/cm2，氩气压强0.01~20pa，氩气纯度99.999%，所述氧化物单晶基片的温度为100~400℃，所述氧化物单晶基片和所述硒化锡多晶靶材的距离为50mm。
所述氧化物单晶基片为c轴斜切的laalo3单晶、srtio3单晶或mgo单晶，c轴斜切角度为0°~45°，晶向公差为±0.5o，表面粗糙度<5å。
所述金属电极为pt、au、ag或in，两个所述金属电极之间的间距为2~15mm。
所述金属引线为au、ag或cu漆包线，其直径为0.05~0.2mm。
本发明采用脉冲激光沉积技术将二元材料硒化锡沉积在c轴斜切的基片上，得到c轴倾斜生长的硒化锡单晶薄膜，并利用其横向热电效应制得了光、热探测器。该探测器的探测元件结构简单，无需制冷、偏压部件，制备工艺简便，成本低，所得到的光、热探测器响应波段宽，探测灵敏度高，在连续光辐照下探测性能优异，能够同时实现光和热的探测。
附图说明
图1为本发明光、热探测器的结构示意图。
图中，1、硒化锡薄膜，2、氧化物单晶基片，3、基片倾角α，4、金属电极，5、金属引线，6、探测光束，7、电压表。
图2为实施例1所制备硒化锡薄膜的xrd谱图，其中，右上角附图为进行x射线衍射表征时，x射线源、探测器与硒化锡薄膜的位置示意图。
图3为在308nm脉冲光辐照下，实施例1所制备的光、热探测器的输出电压-时间响应曲线。
图4为532nm和808nm连续激光辐照下，实施例1所制备的光、热探测器的输出电压-时间响应曲线。
图5为532nm和808nm连续激光辐照下，实施例4所制备的光、热探测器的输出电压-时间响应曲线。
图6为在电烙铁热辐射下，实施例4所制备的光、热探测器的输出电压-时间响应曲线。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的阐述，下述实施例仅作为说明，并不以任何方式限制本发明的保护范围。
实施例中所用试剂均可市购或通过本领域普通技术人员熟知的方法制备。下述实施例均实现了本发明的目的。
实施例1
如图1所示，本发明基于硒化锡薄膜横向热电效应的光、热探测器包括探测元件、金属电极4和金属引线5，探测元件包括氧化物单晶基片2和沉积在氧化物单晶基片2上的硒化锡薄膜1，在硒化锡薄膜1的上表面对称设置有两个金属电极4，两个金属电极4通过金属引线5与电压表7的输入端相连接。用探测光束6照射探测器的表面，利用电压表7记录其电压信号的变化。
该光、热探测器的制备方法包括如下步骤：
（1）探测元件的制备
在c轴10°倾斜的laalo3单晶基片制备一层厚度为100nm、c轴倾斜生长的硒化锡薄膜，薄膜为外延生长，薄膜c轴和薄膜表面法线的夹角与单晶基片的倾角相同，亦为10°。
具体制备过程如下：
按照化学式snse的原子摩尔计量比称量单质sn和se粉末，混合后得到混合物料。将混合物料放入真空球磨罐内，在球磨机中研磨12h；将研磨后的物料压制成厚度为5mm、直径为30mm的圆片。利用真空封管技术将前述圆片封装在石英管中，然后以1℃/min的速度升温至230℃，保持10h，再升温至360℃，保持10h，之后自然冷却，得到所需的硒化锡多晶靶。将所得到的硒化锡多晶金属靶放入到pld腔体中，在进行硒化锡单晶薄膜沉积之前，将脉冲激光沉积腔体本底真空抽至10-4~10-8pa，然后用纯度为99.999%的氩气清洗腔体3~5遍，再抽至10-4~10-8pa。采用脉冲激光沉积技术，在c轴斜切10°的laalo3单晶基片上生长c轴取向的硒化锡薄膜，沉积条件为：激光波长308nm，激光线宽20ns，激光频率5hz，激光能量密度1~1.5mj/cm2，氩气压强0.1pa，氩气纯度99.999%，基片温度300℃，基片和靶材距离50mm。薄膜沉积完毕后，控制pld腔体的压强为10-3~10-4pa，自然冷却至室温，即可得到在laalo3单晶基片上生长的c轴10°倾斜的硒化锡薄膜。
对所得的硒化锡薄膜材料进行x射线衍射表征，表征时x射线源、探测器与硒化锡薄膜的位置示意图如图2右上角附图所示，其中，设置x射线源和探测器与水平面的初始夹角分别为2a和0°，即补偿角w为基片的倾角a（这里取10°），选择“补偿-耦合”模式，启动扫描，即得到制备薄膜的xrd图谱，如图2所示。从图2中可以可出：除了laalo3基片峰外，其它两个衍射峰可以分别标定为snse(004)和snse(008)，表明所制备的薄膜沿c轴取向生长，没有杂相，而且其c轴和薄膜表面法线存在约10°夹角。
（2）在上述横向热电探测元件的上表面左右对称地镀上in电极，电极直径为1mm，电极间距为8mm。
（3）将两根直径为0.1mm的铜导线分别连接在两个in电极上，作为电极引线，两根铜导线作为输出端与测试仪表输入端相连。
实施例2
采用波长为308nm的脉冲光照射时实施例1所制备的探测器表面，用示波器记录输出电压信号，绘制探测器输出电压-时间响应曲线，如图3所示。
由图3可知，当照射在薄膜上的脉冲光能量为27.5mj（能量密度0.55mj/mm2，光斑面积5×10mm2）时，输出电压信号的幅值为1.1v，探测灵敏度为40mv/mj。
实施例3
采用波长为532nm和808nm的连续激光分别照射实施例1所制备的探测器表面两电极间的中心位置，用电压表记录输出电压信号，绘制探测器输出电压-时间响应曲线，如图4所示。由图4可知，当照射激光功率为50mw时，两输出电压信号的幅值分别为70mv和46mv，相应的探测灵敏度分别为1.4v/w和0.92v/w，远高于基于横向热电效应设计的其它氧化物光探测器的探测灵敏度。
实施例4
采用实施例1的方法，制备得到在c轴15°倾斜srtio3单晶基片上，沉积厚度为1μm的硒化锡薄膜，薄膜c轴和薄膜表面法线的夹角为15°，金属电极为ag，金属引线为cu的光、热探测器。
采用波长为532和808nm的连续激光照射该探测器表面两电极间的中心位置，用电压表记录输出电压信号，绘制探测器输出电压-时间响应曲线，如图5所示。由图5可知，当照射激光功率为50mw时，两输出电压信号的幅值分别为38mv和26mv，探测灵敏度为0.76v/w和0.52v/w。
实施例5
采用电烙铁为热源对实施例4所制备的光、热探测器中硒化锡薄膜表面进行加热，为保证薄膜表面两电极间受热均匀，将一平整的铜片由超薄导热胶粘附到硒化锡薄膜表面。用电压表记录输出电压信号，绘制探测器输出电压-时间响应曲线，如图6所示。