本发明涉及一种光热感生电压材料及其应用，属于光、热感生电压材料和器件技术领域。
背景技术：
目前，光、热测量仪主要分为光子型测量仪和量热型测量仪两大类，光子型测量仪是基于半导体材料中入射光对载流子的激发，如电子空穴的产生，来测量入射光的能量。这类探测器通常有很快的时间响应，但受能带和能级的限制，不能在宽的光谱范围内工作。量热型测量仪是在吸收热量时会有物理量的变化，通过对物理量参数的监测而测量光辐射。这类器件可以在很宽的光谱范围内工作但是需要较长的时间达到热平衡，因此响应时间慢。并且上述两类器件大多需要施加偏压或偏流，从而造成暗电流、热噪音之类的干扰，结构比较复杂，同时消耗能量。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种光热感生电压材料，选取yba2cu3o7-δ的薄膜材料作为光热感生电压材料，其中0<δ≤0.4，该光热感生电压材料电压信号响应率达到1.0v/mj/cm2以上，响应时间达到30ns以内，可以在很宽的光谱范围内工作(0.19μm～11μm)工作，无需电源驱动，室温下工作，器件简单，工作流程简便，工作动态范围宽，节约能源；主要基于横向热电效应，电压信号主要是由温差引起，不需要建立热平衡，且薄膜元件热容量小，基本不破坏热场，能够真实探测瞬态热场或热流。
本发明所述yba2cu3o7-δ的薄膜材料采用以下方法制备得到：利用脉冲激光沉积技术在倾斜角为5°～20°的srtio3或laalo3单晶衬底上生长厚度为50～300nm的yba2cu3o7-δ薄膜。
本发明所述光热感生电压材料用于制备光热探测元件的方法，具体为：在薄膜面内的倾斜方向上制备两个电极，两个电极之间相隔一定距离，电极两端接出引线到同轴电缆，接到高频示波器上；当连续或脉冲光源、热源辐射或传导到光薄膜表面，或热流体扫过薄膜表面，两电极之间能测到该电压信号。
本发明所述两个电极之间的距离大于1mm。
本发明的原理：本发明所述层状结构yba2cu3o7-δ具有明显的结构和输运性质的各向异性，如热电势，电导率、磁通钉扎等；通过使δ在0～0.4范围内改变，进而调整yba2cu3o7-δ的热电势、电阻率和相结构，来调整信号响应率和响应速度；也可以通过改变薄膜的几何参数来调制信号响应率和响应速度；利用脉冲激光沉积技术在倾斜的srtio3单晶衬底上生长外延薄膜，当脉冲激光照射薄膜表面，会在厚度方向产生温度梯度，由于热电输运张量的各向异性，在薄膜面内的倾斜方向上产生一个很大电压信号，1-30v。
激光感生电压公式可以表示为：
在(1)式中v为薄膜在衬底倾斜方向上的感生电压；l为薄膜接受光、热辐射的有效长度，d为薄膜厚度；δs＝(sab-sc)，sab、sc分别为ab面和c轴的seebeck系数；δt为薄膜在衬底倾斜方向形成的温度梯度；θ为单晶衬底法向与(001)轴之间的夹角，即倾斜角。
本发明的有益效果
本发明所述新型光热探测是基于薄膜材料热电势等输运张量的各向异性，如在倾斜单晶衬底上生长的yba2cu3o7-δ，caxcoo2薄膜；当光、热辐射薄膜表面时，薄膜沿厚度方向产生温度梯度，由于seebeck张量的各向异性，将在薄膜表面产生大的电压信号。其优点是在紫外到红外(0.19μm-11μm)光谱范围内都有很高的响应信号，很快的响应速度，可小于30ns；不需要任何电源驱动，不需要制冷和放大，器件简单，节约能源，可以在很宽的波谱范围内工作，工作流程简略等优点；在脉冲或连续光热信号探测、瞬态热场和热流体探测的工业、军事领域应用上具有很大的前景。
附图说明
图1是光、热辐射感生电压测量原理图；
图2是倾斜角为10°的yba2cu3o7-δ薄膜(δ＝0.02)的脉冲光感生电压信号曲线；
图3是倾斜角为5°的yba2cu3o7-δ薄膜(δ＝0.1)的脉冲光感生电压信号曲线；
图4是在倾斜角为15°的yba2cu3o7-δ薄膜(δ＝0.28)的脉冲光感生电压信号曲线；
图5是在倾斜角为20°的yba2cu3o7-δ薄膜(δ＝0.4)的脉冲光感生电压信号曲线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
在图1中选取yba2cu3o7-δ薄膜，其中0<δ≤0.4作为光热感生电压材料；首先利用脉冲激光沉积技术在倾斜角为5°-20°的srtio3或laalo3单晶衬底上生长厚度为50-300nm的yba2cu3o7-δ薄膜；然后在薄膜面内的倾斜方向上相隔3mm制备两个电极，电极两端接出引线到同轴电缆，按照图1连接高频示波器或信号采集系统；脉宽为28ns，波长为248nm的脉冲激光照射到薄膜上，在薄膜倾斜方向上获得响应时间12-40ns，电压信号1-30v，由高频示波器采集到该电压信号。
实施例1
在图1中选取yba2cu3o7-δ薄膜，δ＝0.02。制备过程为：在倾斜角为10°的srtio3单晶衬底上生长厚度为200nm的yba2cu3o7-δ薄膜；在脉冲宽度为28ns，波长为248nm的紫外激光照射下得到的光感生电压图像。电压信号峰值达到20v，上升沿为12ns，如图2所示。
实施例2
在图1中选取yba2cu3o7-δ薄膜，δ＝0.1。制备过程为：在倾斜角为5°的laalo3单晶衬底上生长厚度为100m的yba2cu3o7-δ薄膜；在脉冲宽度为28ns，波长为248nm的紫外激光照射下得到的光感生电压图像；电压信号峰值达到11.5v，上升沿为29ns，如图3所示。
实施例3
在图1中选取yba2cu3o7-δ薄膜，δ＝0.28。制备过程为：在倾斜角为15°的laalo3单晶衬底上生长厚度为300nm的yba2cu3o7-δ薄膜；在脉冲宽度为28ns，波长为248nm的紫外激光照射下得到的光感生电压图像；电压信号峰值达到15.4v，上升沿为30ns，如图4所示。
实施例4
在图1中选取yba2cu3o7-δ薄膜，δ＝0.4。制备过程为：在倾斜角为20°的srtio3单晶衬底上生长厚度为150nm的yba2cu3o7-δ薄膜；在脉冲宽度为28ns，波长为248nm的紫外激光照射下得到的光感生电压图像；电压信号峰值达到7.1v，上升沿为30ns，如图5所示。
表1.实施例1～4的实验结果