一种宽带高灵敏度光电探测器的制作方法

本发明涉及光电探测领域，具体涉及一种宽带高灵敏度光电探测器。

背景技术：

随着科技的进步，光电探测器应用的范围越来越广，对光电探测器的灵敏度和带宽等要求越来越高。目前，光电探测器的光吸收效率较低，不能实现待测光的宽带高灵敏度光电探测。

技术实现要素：

为解决以上问题，本发明提供了一种宽带高灵敏度光电探测器，该光电探测器包括衬底、金属层、介质层、热电材料部、金属覆盖层；金属层置于衬底上，介质层置于金属层上，介质层中设有贯穿的周期性排列的孔洞，孔洞内设有热电材料部，热电材料部的底面与金属层接触，热电材料部突出介质层，形成突出部，金属覆盖层覆盖热电材料部的顶面和侧面，金属覆盖层还覆盖介质层的顶面。

更进一步地，孔洞为圆柱形，突出部也为圆柱形，突出部的直径小于孔洞的直径。

更进一步地，孔洞为圆台形，突出部也为圆台形，突出部是孔洞形状的延伸。

更进一步地，衬底为绝缘材料。

更进一步地，金属层的材料为钛、钨、铬、金、银。

更进一步地，金属层的厚度大于200纳米。

更进一步地，金属覆盖层的材料为钛、钨或铬。

更进一步地，金属覆盖层的厚度小于100纳米。

更进一步地，热电材料部的材料为锆钛酸铅、钽酸锂、铌酸锂、氮化镓、硝酸铯。

更进一步地，突出部的高度大于100纳米。

本发明的有益效果：本发明提供了一种宽带高灵敏度光电探测器，金属层置于衬底上，介质层置于金属层上，介质层中设有贯穿的周期性排列的孔洞，孔洞内设有热电材料部，热电材料部的底面与金属层接触，热电材料部突出介质层，形成突出部，金属覆盖层覆盖热电材料部的顶面和侧面，金属覆盖层还覆盖介质层的顶面。应用时，金属覆盖层和金属层连接电极，待测光垂直照射金属覆盖层。待测光耦合进入金属覆盖层和金属层之间的空间，更多地耦合进入突出部，覆盖突出部的金属覆盖层吸收更多的能量，从而产生更多的热，从而在热电材料部的顶部和底部之间产生温度差，从而导致热电材料部内部产生电场，通过探测该电场实现光探测。由于待测光不仅耦合进入介质层所在的空间，而且耦合进入突出部所在的空间，所以本发明具有宽带的效果。此外，由于本探测器对光的吸收能力强，所以本发明还具有灵敏度高的优点。

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是宽带高灵敏度光电探测器的示意图。

图2是又一种宽带高灵敏度光电探测器的示意图。

图中：1、衬底；2、金属层；3、介质层；4、热电材料部；5、金属覆盖层。

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

本发明提供了一种宽带高灵敏度光电探测器。如图1所示，该光电探测器包括衬底1、金属层2、介质层3、热电材料部4、金属覆盖层5。金属层2置于衬底1上。衬底1为绝缘材料，金属层2的材料为钛、钨、铬、金、银。介质层3置于金属层2上。介质层3的材料为二氧化硅、氧化铝、氟化镁、二氧化钛。介质层3中设有贯穿的周期性排列的孔洞，孔洞内设有热电材料部4，热电材料部4的底面与金属层2接触，热电材料部4还突出介质层3，形成突出部。热电材料部4的材料为锆钛酸铅、钽酸锂、铌酸锂、氮化镓、硝酸铯。金属覆盖层5覆盖热电材料部4的顶面和侧面，金属覆盖层5还覆盖介质层3的顶面。金属覆盖层5的材料为钛、钨或铬。

应用时，金属覆盖层5和金属层2连接电极，待测光垂直照射并穿透金属覆盖层5。待测光耦合进入金属覆盖层5和金属层2之间的空间，更多地耦合进入突出部，覆盖突出部的金属覆盖层5吸收更多的能量，从而产生更多的热，从而在热电材料部4的顶部和底部之间产生温度差，从而导致热电材料部4内部产生电场，通过探测该电场实现光探测。由于待测光不仅耦合进入介质层3所在的空间，而且耦合进入突出部所在的空间，所以本发明具有宽带的效果。此外，由于本探测器对光的吸收能力强，所以本发明还具有灵敏度高的优点。

本发明中，金属覆盖层5和金属层2不仅作为电极，用以测量热电材料部4产生的电场，而且用以限制光，从而产生强吸收。所以本发明结构紧凑，减少了制备成本。

更进一步地，金属层2的厚度大于200纳米，以便于待测光不能够穿透金属层2，绝大部分待测光被金属层2反射，从而被限制在金属覆盖层5和金属层2之间。

更进一步地，金属覆盖层5的厚度小于100纳米，以便于待测光能够穿透金属覆盖层5，继而被限制在金属覆盖层5和金属层2之间。

更进一步地，突出部的高度大于100纳米，从而使得限制在金属覆盖层5和金属层2之间的光也能够被限制在突出部内，在突出部内聚集更多的电磁场，从而在突出部处产生更多的热，造成热电材料部4上下部更大的温度差，从而产生更强的电场，提高光探测的灵敏度。

实施例2

在实施例1的基础上，更进一步地，孔洞为圆柱形，突出部也为圆柱形，突出部的直径小于孔洞的直径。孔洞的轴线与突出部的轴线相同。这样一来，聚集到突出部的能量密度更大，更大的光聚集在突出部，从而造成突出部的温度更高，进而造成热电材料部4上下部的温度差更大，在热电材料部4内产生更强的电场，提高光探测的灵敏度。

实施例3

在实施例1的基础上，如图2所示，孔洞为圆台形，突出部也为圆台形，突出部是孔洞形状的延伸。孔洞的轴线与突出部的轴线相同。这样一来，孔洞中的热电材料部4和突出部也构成了圆台结构。由于圆台结构具有倾斜的侧面，在一段波长范围的光均能被聚集在突出部附近，所以本实施例中的吸收光谱的频带更宽，能够实现更宽频的光电探测。

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。

技术特征：

1.一种宽带高灵敏度光电探测器，其特征在于，包括：衬底、金属层、介质层、热电材料部、金属覆盖层；所述金属层置于所述衬底上，所述介质层置于所述金属层上，所述介质层中设有贯穿的周期性排列的孔洞，所述孔洞内设有热电材料部，所述热电材料部的底面与所述金属层接触，所述热电材料部突出所述介质层，形成突出部，所述金属覆盖层覆盖所述热电材料部的顶面和侧面，所述金属覆盖层还覆盖所述介质层的顶面。

2.如权利要求1所述的宽带高灵敏度光电探测器，其特征在于：所述孔洞为圆柱形，所述突出部也为圆柱形，所述突出部的直径小于所述孔洞的直径。

3.如权利要求1所述的宽带高灵敏度光电探测器，其特征在于：所述孔洞为圆台形，所述突出部也为圆台形，所述突出部是所述孔洞形状的延伸。

4.如权利要求1-3任一项所述的宽带高灵敏度光电探测器，其特征在于：所述衬底为绝缘材料。

5.如权利要求4所述的宽带高灵敏度光电探测器，其特征在于：所述金属层的材料为钛、钨、铬、金、银。

6.如权利要求5所述的宽带高灵敏度光电探测器，其特征在于：所述金属层的厚度大于200纳米。

7.如权利要求6所述的宽带高灵敏度光电探测器，其特征在于：所述金属覆盖层的材料为钛、钨或铬。

8.如权利要求7所述的宽带高灵敏度光电探测器，其特征在于：所述金属覆盖层的厚度小于100纳米。

9.如权利要求8所述的宽带高灵敏度光电探测器，其特征在于：所述热电材料部的材料为锆钛酸铅、钽酸锂、铌酸锂、氮化镓、硝酸铯。

10.如权利要求9所述的宽带高灵敏度光电探测器，其特征在于：所述突出部的高度大于100纳米。

技术总结
本发明涉及光电探测领域，具体提供了一种宽带高灵敏度光电探测器，金属层置于衬底上，介质层置于金属层上，介质层中设有贯穿的周期性排列的孔洞，孔洞内设有热电材料部，热电材料部的底面与金属层接触，热电材料部突出介质层，形成突出部，金属覆盖层覆盖热电材料部的顶面和侧面，金属覆盖层还覆盖介质层的顶面。应用时，金属覆盖层和金属层连接电极，待测光垂直照射金属覆盖层。待测光耦合进入金属覆盖层和金属层之间的空间，在热电材料部的顶部和底部之间产生温度差，从而导致热电材料部内部产生电场，通过探测该电场实现光探测。本发明具有宽带和灵敏度高的优点。

技术研发人员：不公告发明人
受保护的技术使用者：中山科立特光电科技有限公司
技术研发日：2020.07.30
技术公布日：2020.10.30