一种基于螺旋构型的新型光电导探测器的制作方法

本实用新型属于光电探测器应用技术领域，具体涉及一种基于螺旋构型的新型光电导探测器。

背景技术：

光电导探测器主要由光敏电阻制成，在各个领域有广泛的应用，又称为光敏电阻，其工作原理是基于内光电效应，光照愈强，光电导探测器内的光敏电阻阻值愈低。现有的光敏电阻大都制成薄片结构，以便吸收更多的光能，在尽可能减小电极间距的条件下，光敏电阻常采用“蛇形”结构，从而提高光敏电阻的受光表面积，随着实际生产应用过程中光电导探测器所需响应时间的进一步缩短，原有的“蛇形”结构已不能充分满足光敏电阻的受光表面积，从而对弱光条件下的光电探测器提出了挑战，此外，弱光条件下光电探测器的频响效果也不好。

技术实现要素：

为了克服现有光电探测器技术领域中存在的不足，本实用新型提出了一种基于螺旋构型的新型光电导探测器，该构型具备较强通用性和可移植性，能迅速推动相关光电导探测器结构转型升级。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种基于螺旋构型的新型光电导探测器，包括绝缘衬底和设置在绝缘衬底上方的光电导层，所述光电导层内设置有光敏电阻，所述光敏电阻在光电导层设置成螺旋曲线的形状，所述光敏电阻的螺旋曲线之间间隙为电极，所述电极在靠近所述绝缘衬底外侧的设置有引线。

作为优选的，所述光敏电阻包括在中心连接的第一电阻和第二电阻，所述第一电阻和所述第二电阻设置成螺旋线构型，所述第一电阻的螺旋线和所述第二电阻的螺旋线是在中心以相反的方向延伸出来的，所述第一电阻与所述第二电阻之间的一个间隙空间为正电极，所述第一电阻与所述第二电阻之间的另一个间隙空间为负电极，所述正电极的空间内设有一个设置在绝缘衬底上的正引线，所述负电极的空间内设有一个设置在绝缘衬底上的负引线。

作为优选的，所述第一电阻和所述第二电阻设置在同一个平面内，所述第一电阻和所述第二电阻之间的间距相等。

作为优选的，所述光敏电阻由包括适用于紫外波段的GaN材料制成。

作为优选的，所述光敏电阻适用于可见光波段的CdS、PbS材料制成。

作为优选的，所述光敏电阻适用于红外波段的HgxCd1-xTe、InSb、Ge:Au、Ge:Zn、Ge:Cd材料制成。

作为优选的，所述光敏电阻设置成薄片状。

作为优选的，所述光敏电阻设置成的螺旋曲线为阿基米德曲线，所述绝缘衬底设置成圆形。

作为优选的，所述光敏电阻的径向螺旋曲线密度σ满足σ＝2N/D，其中N为光敏电阻设置成的螺旋曲线转过的圈数，D为绝缘衬底的直径。

作为优选的，所述光电导探测器的输出电流Ip和响应截止频率fHC满足：

其中σ为光敏电阻的螺旋线密度，lz为电极间距，E为光辐照度，τc为载流子寿命，U为外电路电压，Γ(σ,lz)为表征光敏电阻排布的结构因子，C为与光敏电阻自身特性以及外界环境有关的常数。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果有：

一种基于螺旋构型的新型光电导探测器，基于螺旋曲线的特性构造光电导探测器，在保证在光敏电阻相同受光面积的条件下，尽可能减小电极间距，缩短光电子渡越时间，从而为极弱光条件下光电探测以及光电导探测器尺寸微型化带来新的可能，本实用新型提高了光电导探测器的增益效果同时，又降低了光电子度越时间又能充分保证光敏电阻受光面积的结构，解决了光电导探测器高增益和高频响应不可兼得的困难。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图例说明：1：绝缘衬底，2：光敏电阻，3：电极，4：引线。

具体实施方式

下面将结合本实用新型的附图，对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1

如附图1所示，一种基于螺旋构型的新型光电导探测器，

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

一种基于螺旋构型的新型光电导探测器，包括绝缘衬底和设置在绝缘衬底以上光电导层内的光敏电阻，绝缘衬底为圆形构型，光敏电阻设置成螺旋曲线的形状，光敏电阻包括在中心连接的第一电阻和第二电阻，第一电阻和第二电阻设置成螺旋线构型，第一电阻的螺旋线和第二电阻的螺旋线是在中心以相反的方向延伸出来的，第一电阻与第二电阻之间的一个间隙空间为正电极，第一电阻与第二电阻之间的另一个间隙空间为负电极，正电极的空间内设有一个设置在绝缘衬底上的正引线，负电极的空间内设有一个设置在绝缘衬底上的负引线。

第一电阻和第二电阻可以不设置在同一平面内，但优选第一电阻和第二电阻是设置在同一个平面内，第一电阻和第二电阻之间的间距相等；光敏电阻设置成薄片状，以便吸收更多的光能；光敏电阻由包括但不限于适用于紫外波段的GaN、适用于可见光波段的CdS、PbS、适用于红外波段的HgxCd1-xTe、InSb、Ge:Au、Ge:Zn、Ge:Cd的材料制成，本实用新型提供了一种低成本、通用性强、制作相对简单的新型光电导探测器，以期进一步优化高频、弱光条件下光电导探测性能。

光敏电阻设置成的螺旋曲线为阿基米德曲线，所述绝缘衬底设置成圆形。

在极坐标中，阿基米德螺旋线方程为：

ρ＝aφ

在光电导探测器中，表征光电导探测灵敏度的核心指标为一定光照条件下输出的光电流Ip大小：

其中lz为电极间距，τc为电子渡越时间，E为光辐照度，S为受光面积，U为外电路电压，C为与光敏电阻自身特性以及外界环境有关的常数。

若希望在相同光照条件下优化光电导探测器灵敏度，即增大光电流输出，只需要减小电极间距和增大受光面积即可。

本实用新型中，采取螺旋曲线设计结构可以做到在减小电极间距的同时增大受光面积，现以阿基米德螺旋线为例说明该方案的实现过程。

设探测器基底直径为D，螺旋线延伸至探测器边界时，旋转过N圈，在极坐标中，阿基米德螺旋线方程为：

ρ＝aφ

再定义径向螺线圈密度σ：

σ＝2N/D

下面将计算光电流Ip与σ及lz之间的关系；

首先，螺旋形光敏电阻的受光面积为：

则光电流输出大小为：

记为表征光敏电阻排布的结构因子，同时其中须满足：σlz＜1，该结构因子的大小直接决定了光电流输出大小，它与电极间距lz成严格负相关，与螺旋线密度σ成严格正相关。

可见，在外界光照条件恒定、工作电压恒定、探测器大小固定的条件下，可以通过减小电极间距和增大螺旋线密度有效地增大光电流输出。

理论上可以通过不断减小电极间距从而无限放大光电流，这为极弱光条件下光电探测以及光电导探测器尺寸微型化带来新的可能。

光电导探测器的响应截止频率因此有：

可见在保证光电流输出一定的条件下，依然可以通过增加螺旋线密度、减小电极间距或是增加外加电压U的可控方式进一步优化光电导探测器的频率响应特性，这为低成本高响应频率的光电探测器的生产带来新的可能。

光敏电阻的径向螺旋曲线密度σ满足σ＝2N/D，其中N为光敏电阻设置成的螺旋曲线转过的圈数，D为绝缘衬底的直径。

所述光电导探测器的输出电流Ip和响应截止频率fHC满足：

其中σ为光敏电阻的螺旋线密度，lz为电极间距，E为光辐照度，τc为载流子寿命，U为外电路电压，Γ(σ,lz)为表征光敏电阻排布的结构因子，C为与光敏电阻自身特性以及外界环境有关的常数。

实际操作中，光电导探测器的尺寸大小一定，即D为常数，在极弱光条件下通过减小电极间距、增加工作表面螺旋线密度，增加外加电压可以显著增加输出电流，从而提升光电导探测器灵敏度；在微型设备中，为保持输出电流一定，可以通过增大工作表面螺旋线密度实现光电导探测器的微型化。

在响应高频光信号过程中，保持光电流输出不变的条件下，可以通过增加光电导探测器的外加电压或减小电极间距来显著优化探测器的响应频率。

除此之外，本实用新型的光敏电阻还可以设置成三角形或者方形的螺旋构型排布设计来优化光电到探测器灵敏度以及频率响应特征。

以上包含了本实用新型优选实施例的说明，这是为了详细说明本实用新型的技术特征，并不是想要将

技术实现要素：
限制在实施例所描述的具体形式中，依据本实用新型内容主旨进行的其他修改和变型也受本专利保护。本实用新型内容的主旨是由权利要求书所界定，而非由实施例的具体描述所界定。