一种增强光吸收的光探测器的制作方法

本发明涉及光电探测器技术领域，具体涉及一种增强光吸收的光探测器。

背景技术：

光电探测器的物理效应通常分为光子效应和光热效应，对应的探测器分别称为光子型探测器和光热型探测器。各种光子型探测器的共同特征是采用半导体能带材料，光子能量对探测材料中光电子的产生起直接作用，故光子型探测器存在截止响应频率或波长，且光谱响应限于某一波段，因此不同的材料体系决定了探测器具有不同的响应波长范围，一般难以用于宽谱或多谱段探测。对于光热型探测器，在吸收光辐射能量后，并不直接引起内部电子状态的改变，而是把吸收的光能变为晶格的热运动能量，引起探测元件温度上升，从而引起探测元件的电学性质或其他物理性质发生变化，故光热效应与光子能量的大小没有直接关系，光热型探测器原则上对频率没有选择性。由于红外波段特别是中长波红外以上波段的光热效应相比紫外和可见光更明显，故光热探测器通常用于中长波光学辐射的探测，典型的光热型探测器包括微测辐射热计、热释电探测器和热偶探测器等种类。由于温度升高是热积累的作用，基于光热效应的热探测器一般响应速度较慢，在毫秒量级。然而，现有的光热探测器仍然存在对光的吸收率较低,探测器响应速度较慢的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种增强光吸收的光探测器，包括热敏感线，设置于热敏感线两端的电极，所述热敏感线的外围设置有金属条，所述金属条的外围设置有金属膜，金属条与金属膜之间形成空腔。

所述空腔内填充有透光导电材料。

所述透光导电材料为tco。

所述透光导电材料为二氧化硅。

所述：所述热敏感线材料包括vox、si、sige、ybco或nio。

所述金属条与热敏感线的外表面相连。

所述金属条与热敏感线的外表面之间有第二空腔。

所述第二空腔内填充有导热介质。

所述金属膜的厚度为5～30nm。

所述金属条的间距为50～130nm。

本发明的有益效果：本发明提供的这种增强光吸收的光探测器，能够360°对光进行检测，而且在金属膜与金属条之间形成一个法布里-珀罗腔，能够使得入射的检测光在法布里-珀罗腔内形成共振，增强光的吸收，所吸收的光能够更快更多的转化为热能，影响热敏感线的电导率，从而提高对光的检测敏感度，使得该光探测器响应速度显著提高。

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是增强光吸收的光探测器结构示意图。

图2是增强光吸收的光探测器结构示意图一。

图3是增强光吸收的光探测器侧面俯视图。

图4是金属条第二设计方式的增强光吸收的光探测器结构示意图。

图5是金属条第二设计方式的增强光吸收的光探测器的侧面示意图。

图中：1、热敏感线；2、金属膜；3、空腔；4、金属条；5、电极；6、第二空腔。

具体实施方式

为进一步阐述本发明达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例对本发明的具体实施方式、结构特征及其功效，详细说明如下。

实施例1

为了解决光热探测器仍然存在对光的吸收率较低,探测器响应速度较慢的问题。本发明提供了一种如图1、图2、图3所示的增强光吸收的光探测器，包括热敏感线1，设置于热敏感线1两端的电极5，所述热敏感线1的外围设置有多个呈圆筒状排列的金属条4，所述金属条4的外围设置有金属膜2，金属条4与金属膜2之间形成空腔3，这样金属条4、金属膜2、空腔3就组成了法布里-珀罗腔，从而能够提高待检测光的吸收率，从而产生更多的热，使得热敏感线1的导电率发生变化，通过加载在热敏感线1两端的电极5检测热敏感线1所加载的电压变化或者电流变化，从而反应光的特性，达到检测光的目的。

为了使得法布里-珀罗腔对不同频率的光能够产生共振，在所述空腔3内填充有透光导电材料，该透光导电材料与电极5点连接，通过外加电源调节透光导电材料的对光的吸收特性，从而改变法布里-珀罗腔对光的共振频率，能够使得该增强光吸收的光探测器对不同频率的光产生共振，这样就可以根据不同频率的光，调节法布里-珀罗腔的共振频率与光产生更好的共振效果。

所述透光导电材料为tco，比较常用的有ito、fto、zao三种派系。

另外一种方式，所述透光导电材料还可以替换为透光性好的为二氧化硅，但使用二氧化硅，就无法进行动态调节，二氧化硅导电性比较差，很难通过调节加载的电压改变二氧化硅对光的吸收特性。

所述热敏感线1材料包括vox、si、sige、ybco或nio，热敏感线1的材料的要求是对于热效应能够发生电阻率变化，上述的材料一般具有比较高的电阻温度系数(tcr)，其绝对值大于1％/℃；另外，现有的热释电材料、热电偶等现有可感知热量变化的其他热敏感材料同样可以作为热敏感线1的制作材料。

还有就是，所述金属条4的设置位置，可以是设置在与热敏感线1的外表面相连的位置，如图2所示；也可以设置在与热敏感线1的外表面之间存在距离，使得金属条4与热敏感线1之间形成有第二空腔6，如图1所示；在所述第二空腔6内填充有导热介质，需要有透光的特性，该导热介质可以是空气，也可以是二氧化硅、tco等。

金属条4与金属膜2的距离，即空腔3的高度，需满足法布里-珀罗腔内发生共振的要求，2nl=λ,其中，n为整数，l为空腔3的高度，λ为入射光在腔内的波长，一般金属条4与金属膜2的距离范围可在20～60nm之间。

为了确保光能够顺利透过金属膜2，所述金属膜2的厚度为5～30nm；金属膜2的厚度优先的选择10nm；其次是15nm、5nm、20nm其他的厚度，这主要考虑的是光的透过率以及对光的选择等因素。

所述金属条4的厚度为10～30nm，优先的选择为10nm、15nm、20nm；金属条4两两之间的间隔的宽度为50～130nm，优先的选择为60nm、65nm、70nm；金属条4不仅具有反射共振波长的光的作用，还有透射其他波长的光的作用，因此，既要考虑透射率也要考虑反射率，在对金属条4进行选择的时候，根据实际需要检测的光的波长范围，选择相适应的金属条4。

另外一种实施方式，如图4、图5所示，所述金属条4为圆环状，设置在热敏感线1的外围，并且两两之间的间隔缝隙为50～130nm，优先的选择为60nm、65nm、70nm；金属条4的厚度为10～30nm，优先的选择为10nm、15nm、20nm；这种方式下，同样可以形成一个法布里-珀罗腔，能够提高待检测光的吸收率，从而产生更多的热，使得热敏感线1的导电率发生变化，通过加载在热敏感线1两端的电极5检测热敏感线1所加载的电压变化或者电流变化，从而反应光的特性，达到检测光的目的。

综上所述，该增强光吸收的光探测器，能够360°对光进行检测，而且在金属膜2与金属条4之间形成一个法布里-珀罗腔，能够使得入射的检测光在法布里-珀罗腔内形成共振，增强光的吸收；所吸收的光能够更快更多的转化为热能，影响热敏感线的电导率，从而提高对光的检测敏感度，使得该光探测器响应速度显著提高，另外一方面，在所述法布里-珀罗腔内填充透光导电材料，并且在透光导电材料两端加电极，可通过调节透光导电材料的所加载的电压，使得透光导电材料的透光率发生变化，从而对法布里-珀罗腔的光共振频率进行调节，实现动态控制该增强光吸收的光探测器的共振频率的目的，从而使得该增强光吸收的光探测器对不同频率的光的检测效果更佳好。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。