一种高灵敏度可见盲紫外光探测器的制作方法

本发明涉及一种光探测器，尤其涉及一种四电极结构的高灵敏度可见盲紫外光探测器。

背景技术：

对于光的能量、功率、脉宽和波形等的探测，在科研、军事、国防、生产和生活中有非常广泛的应用。当前，人们已发展了如热电、光电、热释电等多种不同类型的光探测器，其中，由于可见盲紫外光探测器不受可见光的干扰，能在可见光和红外光的环境条件下对紫外光信号进行探测,因而具有独特的优点和应用。我们已研制出上升时间达到纳秒和皮秒量级的快响应钙钛矿氧化物单晶的可见盲紫外光探测器，例如文献1：j.xing等，opticsletters，vol.32，no.17,2526(2007)；文献2：kunzhao等，appl.phys.lett.，89，173507(2006)；中国专利1：授权公告号为cn102148281b以及中国专利2：授权公告号为cn100458382c所记载的。现有的可见盲紫外光探测器的基本结构如图1所示，在一个宽禁带材料吸收体1的两端分别设置电极2和3，在回路中加一个电源7，当光子能量大于吸收体1材料禁带宽度的光子入射到吸收体1时，就可在吸收体1中产生电子-空穴对，在电源7的电场的作用下，在回路中形成电流，在取样电阻6上获得入射光的探测信号。但是，现有技术的可见盲紫外光探测器的灵敏度难以与可见光探测器和红外光探测器相比，远不能满足应用的需求，高灵敏度的可见盲紫外光探测器仍是探测器研制的重点。

技术实现要素：

因此，本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种四电极结构高灵敏度可见盲紫外光探测器，包括：

吸收体，其由禁带宽度为3ev-5ev的氧化物单晶材料构成；

第一电极和第二电极，其分别设置在所述吸收体的两端；以及

第三电极和第四电极，其分别设置在所述第一电极和第二电极的内侧。

根据本发明的高灵敏度可见盲紫外光探测器，优选地，所述吸收体为不同方向定向的晶体材料。

根据本发明的高灵敏度可见盲紫外光探测器，优选地，所述吸收体为斜切的单晶材料，其晶体取向与晶体表面的斜切角为1°至45°。

根据本发明的高灵敏度可见盲紫外光探测器，优选地，所述第一电极、所述第二电极、所述第三电极以及所述第四电极为条形或圆形等不同形状。

根据本发明的高灵敏度可见盲紫外光探测器，优选地，所述吸收体由钛酸锶、钛酸钡、白宝石、铌酸镧、铌酸锂、钽酸锂、钛酸镧或氧化锌等材料构成。

根据本发明的高灵敏度可见盲紫外光探测器，优选地，所述第一电极、所述第二电极、所述第三电极和所述第四电极由金、铂、银、铝、铜、合金、石墨、铟锡氧化物(iot)、钌酸锶(srruo3)等导电材料构成。

根据本发明的高灵敏度可见盲紫外光探测器，优选地，还包括电源，其电连接在所述第一电极和所述第二电极之间。

根据本发明的高灵敏度可见盲紫外光探测器，优选地，还包括连接至所述第三电极的第一输出引线和连接至所述第四电极的第二输出引线。

与现有技术相比，本发明的四电极结构可见盲紫外光探测器能够消除肖特基二极管的影响，使得探测器的灵敏度大大提高，响应速度可以达到ns和ps量级，在科研、军事等领域具有非常重要的应用。

附图说明

以下参照附图对本发明实施例作进一步说明，其中：

图1为现有技术的紫外光探测器的结构示意图；

图2为图1所示的紫外光探测器的等效电路图；

图3为本发明的有源四电极结构可见盲紫外光探测器的示意图；

图4为利用本发明实施例1的可见盲紫外光探测器测量的xecl准分子激光器输出的脉冲激光的探测信号随时间的变化关系；

图5为本发明的无源四电极结构可见盲紫外光探测器的示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图通过具体实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参照图2，图2为图1所示现有技术的紫外光探测器的等效电路图，当光子能量大于吸收体1的材料禁带宽度的光子入射到吸收体1时，在吸收体1中产生电子-空穴对，使吸收体1的材料具有导电特性。本发明人发现，此时，在两个电极2和3与吸收体1的界面处会形成两个方向相反的肖特基二极管。因此无论电源7是正电压还是负电压，在回路导通时，总有一个肖特基二极管处于反向工作状态。众所周知，二极管的反向电阻是非常大的，很显然，反向二极管对探测紫外光所产生的光生电压具有很大的分压作用，从而大大降低探测器的灵敏度。因此，如何消除其肖特基二极管的影响，将是提高可见盲紫外光探测器灵敏度的一个关键问题。

本发明提供一种四电极结构高灵敏度可见盲紫外光探测器，其不是传统的从取样电阻6上获取光电探测信号，而是从位于两个电极2和3之间的另外两个电极获取光电探测信号，完全消除了肖特基二极管的影响，因而使探测器的灵敏度大大提高。

实施例1

该实施例1针对有源结构的光探测器，有源结构的光探测器的电场是由外接电源提供的。参考图3，图3为本发明的有源四电极结构可见盲紫外光探测器的示意图，其包括：

(001)取向的单面抛光的钛酸锶(srtio3)单晶材料做吸收体11，厚度为0.5mm、宽度为5mm、长度为10mm，其抛光面作为探测光入射面；

第一电极12和第二电极13，其分别设置于吸收体11的抛光表面的长度方向的相对的两端并且由银材料构成，其形状为宽1mm的条形；

第三电极14和第四电极15，其分别平行地设置于吸收体11的抛光表面上第一电极12和第二电极13的内侧，与第一电极12和第二电极13的距离分别为1mm处，由银材料构成并且形状为宽1mm的条形；

取样电阻16，其电阻值为2mω并且连接在第一电极12和电源17之间；

电源17，其连接在取样电阻16和第二电极13之间；以及

第一输出引线18和第二输出引线19，其分别连接至第三电极14和第四电极15，用于输出光电探测信号。

上述有源四电极结构可见盲紫外光探测器的制备过程如下：

步骤一：选用(001)取向，厚度为0.5mm、宽为5mm、长为10mm、单面抛光的srtio3单晶材料做吸收体11，抛光的表面作为探测光入射面；

步骤二：在吸收体11的抛光表面的10mm长的两端，分别蒸镀2个1mm宽的条形银膜，分别作为第一电极12、第二电极13、第三电极14和第四电极15，第一电极12和第三电极14之间的距离与第二电极13和第四电极15之间的距离均为1mm；

步骤三：选取一个2mω的电阻作为取样电阻16；

步骤四：选取一个6v的叠层干电池做电源17。

步骤五：分别用导线将上述第一电极12连接至电阻16的一端，将电阻16的另一端连接至电源17的一端，电源17的另一端连接至第二电极13，并从第三电极14和第四电极15分别引出第一输出引线18和第二输出引线19，从而制作有源四电极结构可见盲紫外光探测器。

为了表明本发明的有源四电极结构紫外光探测器的效果，选用500mhz示波器，从第三电极14和第四电极15的输出引线18和19测量xecl激光器输出的脉冲激光的光电探测信号。图4是用示波器从第三电极14和第四电极15的输出端获得的脉冲激光的探测信号随时间的变化关系，可以看出，探测信号的峰值超过1v。而现有技术的从负载电阻6两端获得的探测信号的峰值最高仅为45mv。这表明本发明提供的有源四电极结构可见盲紫外光探测器的灵敏度较现有结构的探测器的灵敏度提高了20多倍。

实施例2

该实施例2针对无源结构的光探测器，无源结构的光探测器选用斜切的氧化物单晶材料做吸收体，如图5中的虚线示意，吸收体21单晶材料表面的晶体取向相对于表面的法线有一个倾角，斜切的表面具有非对称性，当一个光脉冲入射到表面时，材料吸收入射光后，在产生电子空穴对的同时，在吸收体1产生一个从表面到体内的温度梯度，由于表面的非对称性，其温度梯度将在其表面产生一个垂直表面台阶的一个电场，也就是“seebeck”效应，使光电效应所产生的电子和空穴分别向两端移动，在第 一电极22和第二电极23之间形成光生伏特电压。图5为本发明的无源四电极结构可见盲紫外光探测器的示意图，其包括：

表面(001)方向斜切22.5°的单面抛光的钛酸钡(batio3)单晶材料做吸收体21，厚度为0.5mm、宽度为10mm、长度为15mm，其抛光面作为探测光入射面；

第一电极22和第二电极23，其分别设置于吸收体21的抛光表面的长度方向的相对的两端，并且由金材料构成，其形状为宽0.5mm的条形；

第三电极24和第四电极25，其分别平行地设置于吸收体21的抛光表面上第一电极22和第三电极23的内侧1mm处，由金材料构成并且形状为宽0.5mm的条形；

取样电阻26，其电阻值为1mω并且电连接在第一电极22和第二电极23之间；

第一输出引线28和第二输出引线29，其分别连接至第三电极24和第四电极25，用于输出光电信号。

上述无源四电极结构可见盲紫外光探测器的制备过程如下：

步骤一：选用在上述斜切22.5°，厚度为0.5mm、宽为10mm、长为15mm、单面抛光的batio3单晶基片做吸收体21，抛光的表面作为探测光入射面；

步骤二：在吸收体21的抛光表面的15mm长的两端，分别蒸镀2个0.5mm宽的条形金膜，作为第一电极22、第二电极23、第三电极24和第四电极25，第一电极22和第三电极24之间的距离与第二电极23和第四电极25之间的距离均为1mm；

步骤三：选取一个阻值为1mω的取样电阻26；

步骤四：分别用导线将电阻26连接至第一电极22和第二电极23，并从第三电极24和第四电极25引出第一输出引线28和第二输出引线29，从而制作无源四电极结构可见盲紫外光探测器。

虽然上述具体实施例分别针对有源结构和无源结构进行了描述，但是本领域技术人员很容易理解，为了进一步提高探测器的灵敏度，也可以同时采用外接电源和斜切晶体的吸收体，此时电源的极向应和“seebeck”效应所产生电压的极向相同，由于两个电场的叠加，探测器具有更高的灵敏度：

本领域技术人员很容易理解，对于本发明，由于不需要在取样电阻上测量光电探测信号，所以取样电阻(16，26)并非必需的；

根据本发明的其他实施例，所选择的吸收体的氧化物单晶材料的禁带宽度都是在3ev-5ev之间，其能量范围光子对应的波长都是紫外光。当光照射在材料表面时，只有光子能量等于和大于材料禁带宽度的光才能产生光电效应，从而产生电子-空穴对，并在电场作用下在回路中形成电流和电压。而在光子能量小于其禁带宽度的可见光和红外光范围内，不可能产生光电效应，因而探测器具有可见盲的特点。具体地，禁带宽度在3ev-5ev之间的氧化物单晶材料还可以选择铌酸锂(linbo3)、铌酸镧(lanbo3)、白宝石(al2o3)、钽酸锂(litao3)、钛酸镧(latao3)和氧化锌(zno2)等；根据本发明的其他实施例，电极可以采用本领域公知的金属或非金属电极材料，例如石墨、铜、铝、铟锡氧化物(iot)、钌酸锶(srruo3)或金属合金等；

在本发明中，对第一到第四电极的形状、尺寸和间距不作任何限定，电极可以采用圆形等本领域公知的任何形状，但是当电极为条形时，效果最佳；

另外，根据本发明的其他实施例，本发明的四电极结构可见盲紫外光探测器的吸收体可以是不同方向定向的晶体材料，也可以是不同方向斜切角度为1°～45°的斜切晶体材料。

虽然本发明已经通过优选实施例进行了描述，然而本发明并非局限于这里所描述的实施例，在不脱离本发明范围的情况下还包括所作出的各种改变以及变化。