一种小尺寸光探测器的制作方法

本发明涉及光探测领域，具体涉及一种小尺寸光探测器。

背景技术：

光探测技术涉及到若干重要的前沿领域，在国民经济中占有重要地位。传统光探测设备的尺寸大，不能满足狭小空间光探测的需要，或在空间上分辨率低。

技术实现要素：

为解决以上问题，本发明提供了一种小尺寸光探测器，包括：热电材料部、微纳颗粒、石墨烯层、源极、漏极；热电材料部为桶形，微纳颗粒设置在热电材料部的内壁和内底面上，石墨烯层包覆热电材料部的外壁和顶面，源极和漏极分别设置在热电材料部顶面的石墨烯层上。

更进一步地，微纳颗粒为贵金属。

更进一步地，微纳颗粒为球形。

更进一步地，微纳颗粒的直径大于10纳米、小于100纳米。

更进一步地，内壁的高度大于2微米。

更进一步地，在内底面上还设有立柱。

更进一步地，立柱的材料为贵金属或高折射率介质。

更进一步地，石墨烯层中石墨烯的层数少于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，在立柱上设有微纳颗粒。

本发明的有益效果：本发明提供了一种小尺寸光探测器，其中，热电材料部为桶形，微纳颗粒设置在热电材料部的内壁和内底面上，石墨烯层包覆热电材料部的外壁和顶面，源极和漏极分别设置在热电材料部顶面的石墨烯层上。应用时，待测光照射热电材料部，光被耦合进入热电材料部的内部后，被微纳颗粒吸收并转化为热，热电材料部内部与外部的温度差造成了晶格结构极化，从而导致热电材料部产生局域电场；该电场改变石墨烯层的导电特性，根据石墨烯层的导电特性变化，实现光探测。本发明中，热电材料部的尺寸小，能够实现小空间光探测。另外，热电材料部内部的微纳颗粒对光具有良好的吸收特性，光探测灵敏度高；桶形热电材料部内部的尺寸小，在空间上具有良好的分辨率。

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是一种小尺寸光探测器的示意图。

图2是又一种小尺寸光探测器的示意图。

图中：1、热电材料部；2、微纳颗粒；3、石墨烯层；4、源极；5、漏极；6、立柱。

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

本发明提供了一种小尺寸光探测器。如图1所示，该小尺寸光探测器包括热电材料部1、微纳颗粒2、石墨烯层3、源极4、漏极5。热电材料部1为桶形，也就是说，热电材料部1内部具有空腔，该空腔在热电材料部1的顶面具有开口。热电材料部1的材料为锆钛酸铅、钽酸锂、铌酸锂、氮化镓、硝酸铯。微纳颗粒2设置在热电材料部1的内壁和内底面上。石墨烯层3包覆热电材料部1的外壁和顶面，也就是说，在热电材料部1的侧面、底面、顶面均包覆有石墨烯层2。源极4和漏极5分别设置在热电材料部1顶面的石墨烯层3上。

应用时，待测光照射热电材料部1，光被耦合进入热电材料部1的内部后，被微纳颗粒2吸收并转化为热，热电材料部1内部与外部的温度差造成了晶格结构极化，从而导致热电材料部1产生局域电场；该电场改变石墨烯层3的导电特性，根据石墨烯层3的导电特性变化，实现光探测。

本发明中，热电材料部1的尺寸小，能够实现小空间光探测。另外，热电材料部1内部的微纳颗粒2对光具有良好的吸收特性，光探测灵敏度高；桶形热电材料部1内部的尺寸小，在空间上具有良好的分辨率。

此外，本发明中，吸收光的部分设置在内部，也就是微纳颗粒2设置在热电材料部1的内部；而石墨烯层3设置在外部，也就是石墨烯层3设置在热电材料部1的外面。待测光仅仅被热电材料部1内部的微纳颗粒2吸收，热电材料部1外侧部分吸收光很少，这样增加了热电材料部1内部和外部的温度差，从而产生更强的电场，从而更多地改变石墨烯层3的导电特性，从而提高光探测的灵敏度。另外，石墨烯层3设置在热电材料部1的外部，石墨烯层3是热的良导体，加剧了散热效果，更进一步提高了热电材料部1内部和外部之间的温度差，更进一步提高了光探测的灵敏度。

本发明中，微纳颗粒2为等离激元材料，例如贵金属或金属氧化物或掺杂的半导体。更进一步地，微纳颗粒2为贵金属，因为贵金属具有优良的表面等离激元特性，能够对光产生强吸收。

更进一步地，微纳颗粒2为球形。微纳颗粒2的直径大于10纳米、小于100纳米，以便于微纳颗粒2能够吸收可见光、近红外线、远红外线。优选地，沿内壁从上向下方向，微纳颗粒2的尺寸逐渐增加，这样一来，相当于热电材料部1内部的尺寸逐渐减小，这更有利于待测光耦合进入热电材料部1的内部，然后逐渐被微纳颗粒2吸收。

更进一步地，内壁的高度大于2微米。本发明中，光被耦合进入热电材料部1的内部后，沿图1的竖直方向向下传播，逐渐被微纳颗粒2吸收。因此，热电材料部1内部的高度大于2微米，以实现对待测光更多的吸收。

更进一步地，石墨烯层3中石墨烯的层数少于10层，以便于当热电材料部1产生的电场变化时，石墨烯层3的导电特性相对变化更多，从而提高光探测的灵敏度。

此外，在热电材料部1的顶面设置源极4和漏极5，源极4和漏极5为贵金属材料，此时，源极4和漏极5也具有会聚光的作用，从而使得更多的光被耦合进入热电材料部1的内部。

实施例2

在实施例1的基础上，在热电材料部的内底面上还设有立柱6，立柱6的材料为贵金属或高折射率介质。此时，热电材料部1的尺寸大于实施例1中热电材料部1的尺寸，热电材料部1内部的尺寸大于实施例1中热电材料部1内部的尺寸。在热电材料部1的内底面设置立柱6，从而产生立柱6与微纳颗粒2之间的耦合，从而产生更多的光吸收，从而增加热电材料部1内部与外部之间的温度差，更多地改变石墨烯层3的导电特性，提高光探测的灵敏度。本实施例适合待测光斑尺寸大的情形，以便于充分利用待测光的强度，提高探测的灵敏度。

优选地，立柱6的材料为贵金属。因为贵金属具有更好的导电特性，所产生的热能够被传递到热电材料部1的内部表面。

更进一步地，在立柱6上设有微纳颗粒2，以便于立柱上的微纳颗粒2与热电材料部1侧壁上的微纳颗粒2耦合，因为立柱6上的微纳颗粒2与热电材料部1侧壁上的微纳颗粒2之间的距离不等，所以能够产生更多的光吸收，提高光探测的灵敏度。

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：

1.一种小尺寸光探测器，其特征在于，包括：热电材料部、微纳颗粒、石墨烯层、源极、漏极；所述热电材料部为桶形，所述微纳颗粒设置在所述热电材料部的内壁和内底面上，所述石墨烯层包覆所示热电材料部的外壁和顶面，所述源极和所述漏极分别设置在所述热电材料部顶面的所述石墨烯层上。

2.如权利要求1所述的小尺寸光探测器，其特征在于：所述微纳颗粒为贵金属。

3.如权利要求2所述的小尺寸光探测器，其特征在于：所述微纳颗粒为球形。

4.如权利要求3所述的小尺寸光探测器，其特征在于：所述微纳颗粒的直径大于10纳米、小于100纳米。

5.如权利要求4所述的小尺寸光探测器，其特征在于：所述内壁的高度大于2微米。

6.如权利要求5所述的小尺寸光探测器，其特征在于：在所述内底面上还设有立柱。

7.如权利要求6所述的小尺寸光探测器，其特征在于：所述立柱的材料为贵金属或高折射率介质。

8.如权利要求1-7任一项所述的小尺寸光探测器，其特征在于：所述石墨烯层中石墨烯的层数少于10层。

9.如权利要求8所述的小尺寸光探测器，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。

10.如权利要求9所述的小尺寸光探测器，其特征在于：在所述立柱上设有所述微纳颗粒。

技术总结
本发明涉及光探测领域，具体提供了一种小尺寸光探测器，热电材料部为桶形，微纳颗粒设置在热电材料部的内壁和内底面上，石墨烯层包覆热电材料部的外壁和顶面，源极和漏极分别设置在热电材料部顶面的石墨烯层上。应用时，待测光照射热电材料部，光被耦合进入热电材料部的内部后，被微纳颗粒吸收并转化为热，热电材料部内部与外部的温度差造成了晶格结构极化，从而导致热电材料部产生局域电场；该电场改变石墨烯层的导电特性，根据石墨烯层的导电特性变化，实现光探测。本发明中，热电材料部的尺寸小，能够实现小空间光探测。另外，本发明还具有灵敏度高和空间分辨率高的优点。

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