一种基于热电材料的光探测器的制作方法

本发明涉及光探测领域，具体涉及一种基于热电材料的光探测器。

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、波长分辨等要求越来越高。目前，光电探测器的光吸收效率较低，使得光电探测器的性能不高。

技术实现要素：

为解决以上问题，本发明提供了一种基于热电材料的光探测器，该光探测器包括衬底、第一薄膜层、微纳结构阵列层、热电材料部、导电薄膜层；第一薄膜层置于衬底上，热电材料部置于第一薄膜层上，微纳结构阵列层设置于热电材料部内，微纳结构阵列层与第一薄膜层不接触，微纳结构阵列层平行于第一薄膜层，微纳结构阵列层包括周期性排列的微纳结构，导电薄膜层置于热电材料部的顶面。

更进一步地，导电薄膜层为石墨烯。

更进一步地，石墨烯的层数少于10层。

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，第一薄膜层和微纳结构阵列层的材料为贵金属。

更进一步地，贵金属为金、银或铂。

更进一步地，第一薄膜层与微纳结构阵列层之间的距离小于待测光的波长。

更进一步地，微纳结构为l形，l形的两臂平行于第一薄膜层，l形的两臂长度不相等。

更进一步地，在微纳结构上设有石墨烯块。

更进一步地，导电薄膜层中设有孔洞。

本发明的有益效果：本发明提供了一种基于热电材料的光探测器，第一薄膜层置于衬底上，热电材料部置于第一薄膜层上，微纳结构阵列层设置于热电材料部内，微纳结构阵列层与第一薄膜层不接触，微纳结构阵列层平行于第一薄膜层，微纳结构阵列层包括单层周期性排列的微纳结构，导电薄膜层置于热电材料部的顶面。应用时，导电薄膜层和第一模板层连接电极，待测光从导电薄膜层一侧照射。光穿透导电薄膜层和热电材料部，被第一薄膜层和微纳结构阵列层吸收并产生热，热电材料部中的温度差造成了晶格结构极化，从而导致热电材料部产生电场，通过探测该电场实现光探测。由于微纳结构阵列层和第一薄膜层具有更强的光吸收能力，所以本发明具有光探测灵敏度高的优点。

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是基于热电材料的光探测器的示意图。

图2是又一种基于热电材料的光探测器的示意图。

图中：1、衬底；2、第一薄膜层；3、微纳结构阵列层；4、热电材料部；5、导电薄膜层；6、石墨烯块。

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

本发明提供了一种基于热电材料的光探测器。如图1所示，该光探测器包括衬底1、第一薄膜层2、微纳结构阵列层3、热电材料部4、导电薄膜层5。第一薄膜层2置于衬底1上，衬底1为绝缘材料。优选地，衬底1为二氧化硅材料。热电材料部4置于第一薄膜层2上，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。微纳结构阵列层3设置于热电材料部4内。微纳结构阵列层3与第一薄膜层2不接触，微纳结构阵列层3平行于第一薄膜层2，微纳结构阵列层3包括周期性排列的微纳结构。这样一来，微纳结构与第一薄膜层2之间具有相同的距离。导电薄膜层5置于热电材料部4的顶面。导电薄膜层5为石墨烯，入射待测光能够穿透导电薄膜层5。石墨烯的层数少于10层，以减少对入射光的反射和吸收。

应用时，导电薄膜层5和第一薄膜层2连接电极，用以测量导电薄膜层5与第一薄膜层2之间的电压，待测光从导电薄膜层5一侧照射。光穿透导电薄膜层5和热电材料部4，被第一薄膜层2和微纳结构阵列层3吸收并产生热，热电材料部4中的温度差造成了晶格结构极化，从而导致热电材料部产生电场，通过探测该电场实现光探测。由于入射光被聚集在微纳结构阵列层3和第一薄膜层2之间，所以对入射光具有更强的光吸收能力，从而热电材料部4底部的温度更高，从而在第一薄膜层2和导电薄膜层5之间形成更大的电压，所以本发明具有光探测灵敏度高的优点。

更进一步地，第一薄膜层2和微纳结构阵列层3的材料为贵金属。这样一来，光被限制在贵金属第一薄膜层2和贵金属微纳结构阵列层3之间，由于贵金属富含自由电子，所以对光产生强吸收。另外，第一薄膜层2也恰好用于连接电极，一物二用，降低了制造的复杂度。优选地，贵金属为金、银或铂。

更进一步地，第一薄膜层2与微纳结构阵列层3之间的距离小于待测光的波长，以便于微纳结构与第一薄膜层2之间产生强耦合，将入射光聚集在微纳结构与第一薄膜层2之间，提高对入射光的吸收效率，从而产生更多的热。

更进一步地，微纳结构阵列层3包括周期性排列的两层微纳结构阵列。这样一来，入射光不仅能够被限制在微纳结构与第一薄膜层2之间，而且能够被限制在两层微纳结构之间，对光具有更强的吸收能力，从而在热电材料部4底部产生更多的热。

更进一步地，两层微纳结构阵列中，微纳结构的尺寸不同，两层微纳结构在图1的水平方向错开。两层微纳结构之间的距离小于待测光波长的四分之一，以便于在两层微纳结构之间产生强耦合。这样一来，拓宽了光探测器对光吸收的谱线宽度，使得本发明中的光探测器能够探测到更宽波长范围的光。

实施例2

在实施例1的基础上，微纳结构为l形，所述l形的两臂平行于第一薄膜层2，所述l形的两臂长度不相等。如此一来，微纳结构为平面手性结构，微纳结构与第一薄膜层2形成的复合结构对左旋圆偏振光和右旋圆偏振光具有不同的吸收，从而使得本发明中的探测器能够实现入射光偏振态的探测。此外，l两臂的厚度不同，以增加l形结构的手性特性，使其对左旋圆偏振光和右旋圆偏振光的吸收差异更大，从而实现更高灵敏度的入射圆偏振光偏振态的检测。

实施例3

在实施例2的基础上，如图2所示，微纳结构上设有石墨烯块6。由于石墨烯块6对电磁波的限制作用，在微纳结构和第一薄膜层2之间的光更加聚集，该区域对左旋圆偏振光和右旋圆偏振光的吸收差异更大，从而能够实现更高灵敏度的入射圆偏振光偏振态的检测。

实施例4

在实施例3的基础上，导电薄膜层5中设有孔洞，以减少导电薄膜层对入射光的吸收。

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：

1.一种基于热电材料的光探测器，其特征在于，包括：衬底、第一薄膜层、微纳结构阵列层、热电材料部、导电薄膜层；所述第一薄膜层置于所述衬底上，所述热电材料部置于所述第一薄膜层上，所述微纳结构阵列层设置于所述热电材料部内，所述微纳结构阵列层与所述第一薄膜层不接触，所述微纳结构阵列层平行于所述第一薄膜层，所述微纳结构阵列层包括周期性排列的微纳结构，所述导电薄膜层置于所述热电材料部的顶面。

2.如权利要求1所述的基于热电材料的光探测器，其特征在于：所述导电薄膜层为石墨烯。

3.如权利要求2所述的基于热电材料的光探测器，其特征在于：所述石墨烯的层数少于10层。

4.如权利要求3所述的基于热电材料的光探测器，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。

5.如权利要求4所述的基于热电材料的光探测器，其特征在于：所述第一薄膜层和所述微纳结构阵列层的材料为贵金属。

6.如权利要求5所述的基于热电材料的光探测器，其特征在于：所述贵金属为金、银或铂。

7.如权利要求1-6任一项所述的基于热电材料的光探测器，其特征在于：所述第一薄膜层与所述微纳结构阵列层之间的距离小于待测光的波长。

8.如权利要求7所述的基于热电材料的光探测器，其特征在于：所述微纳结构为l形，所述l形的两臂平行于所述第一薄膜层，所述l形的两臂长度不相等。

9.如权利要求8所述的基于热电材料的光探测器，其特征在于：在所述微纳结构上设有石墨烯块。

10.如权利要求9所述的基于热电材料的光探测器，其特征在于：所述导电薄膜层中设有孔洞。

技术总结
本发明提供了一种基于热电材料的光探测器，第一薄膜层置于衬底上，热电材料部置于第一薄膜层上，微纳结构阵列层设置于热电材料部内，微纳结构阵列层与第一薄膜层不接触，微纳结构阵列层平行于第一薄膜层，微纳结构阵列层包括单层周期性排列的微纳结构，导电薄膜层置于热电材料部的顶面。应用时，导电薄膜层和第一模板层连接电极，待测光从导电薄膜层一侧照射。光穿透导电薄膜层和热电材料部，被第一薄膜层和微纳结构阵列层吸收并产生热，热电材料部中的温度差造成了晶格结构极化，从而导致热电材料部产生电场，通过探测该电场实现光探测。由于微纳结构阵列层和第一薄膜层具有更强的光吸收能力，所以本发明具有光探测灵敏度高的优点。

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