光热探测器、系统及制备方法与流程

本发明涉及光热探测技术领域，主要涉及一种光热探测器、系统及制备方法。

背景技术：

光热效应是指材料由于温度的变化而造成物质变化的电学特性，光热探测器是用于通过光和热的关系，通过检测光产生的热量得到待测光的光强。

现有技术中，光强的测量是通过公式计算得到，i＝nhv/at，其中，用i表示光学中的光强，v表示光的频率，a为照射区域面积，n为时间间隔t内照到a上的光子总数。

但是，上述计算方法，由于需要测量光子总数n，由于现有技术的影响，一般测量光子的准确度不高，进而也使得得到的光强不准确，并且对光强测量的灵敏度较低。

技术实现要素：

本发明的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种光热探测器、系统及制备方法，以解决现有技术中由于需要测量光子总数n，由于现有技术的影响，一般测量光子的准确度不高，进而也使得得到的光强不准确，并且对光强测量的灵敏度较低的问题。

为实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：

第一方面，本申请提供一种光热探测器，光热探测器包括：石墨烯层、金属层、二硫化钼层和多个金属颗粒，金属层上周期开设多个锥形孔洞，石墨烯层和二硫化钼层分别设置在金属层的两侧，且二硫化钼层靠近锥形孔洞的锥尖部的一侧，石墨烯层远离锥形孔洞的锥尖部的一侧，二硫化钼层远离金属层的一侧设置有多个金属颗粒，多个金属颗粒与多个锥形孔洞在金属层上的投影的投影中心位置相同。

可选的，该金属层上同一周期的锥形孔洞的数量为两个。

可选的，该光热探测器还包括多个金属纳米颗粒，每个锥形孔洞中均设置有金属纳米颗粒。

可选的，该金属层的材料为贵金属。

可选的，该金属层的材料为金、银、钌、铑、钯、锇、铱和铂任意一种或多种。

第二方面，本申请提供一种光热探测系统，光热探测系统包括：数字源表和第一方面任意一项的光热探测器，数字源表与光热探测器的二硫化钼层电连接，用于接收光热探测器产生的电信号。

第三方面，本申请提供一种光热探测器制备方法，应用于第一方面任意一项的光热探测器的制备，制备方法包括：

使用聚焦粒子束刻蚀法，在预设基底上制备多个金属颗粒；

将二硫化钼铺设在多个金属颗粒远离基底的一侧，形成二硫化钼层；

使用电子束蒸发镀膜仪将预设金属镀在二硫化钼层远离基底的一侧，形成金属层；

使用聚焦粒子束刻蚀法在金属层上刻蚀出多个锥形孔；

使用湿法转移将预设石墨烯层铺设在金属层远离基底的一侧。

可选的，该使用聚焦粒子束刻蚀法在金属层上刻蚀出多个锥形孔的步骤包括：

使用大束流对金属层金属刻蚀，形成锥形孔的多个基孔；

使用小束流对多个基孔进行刻蚀，形成多个锥形孔。

可选的，该使用湿法转移将预设石墨烯层铺设在金属层远离基底的一侧的步骤之前还包括：

将预设金属纳米颗粒设置在每个锥形孔洞中。

本发明的有益效果是：

本申请的光热探测器包括：石墨烯层、金属层、二硫化钼层和多个金属颗粒，金属层上周期开设多个锥形孔洞，石墨烯层和二硫化钼层分别设置在金属层的两侧，且二硫化钼层靠近锥形孔洞的锥尖部的一侧，石墨烯层远离锥形孔洞的锥尖部的一侧，二硫化钼层远离金属层的一侧设置有多个金属颗粒，多个金属颗粒与多个锥形孔洞在金属层上的投影的投影中心位置相同，当光通过石墨烯层进入到该金属层时，石墨烯层将入射光进行第一次增强，并将增强的光传递到该金属层上，由于该金属层上周期开设多个锥形孔洞，在尖端效应的作用下，该锥形空洞的尖端会聚集大量的电荷，并通过二硫化钼层进行输出，由于二硫化钼层具有极佳的载流子迁移率，同时二硫化钼层合金属颗粒进行耦合，使得该二硫化钼层中的电子传递速度加快，并且金属颗粒设置在二硫化钼的底部，由于二硫化钼的超薄的物理特性，该二硫化钼层会在金属颗粒设置的另一侧突起，进一步增加二硫化钼层与金属单元的接触面积，进一步增加了电荷的传递速率，根据光热电之间的关系，使得该光热探测器在探测光强时，测量结果更加准确，并且由于本申请极大的增加该光热探测器的电荷传递速率，使得对光热的测量灵敏度高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为发明实施例提供的一种光热探测器的光栅结构的结构示意图；

图2为发明实施例提供的另一种光热探测器的光栅结构的结构示意图；

图3为发明实施例提供的另一种光热探测器的光栅结构的结构示意图。

图标：10-石墨烯层；20-金属层；21-锥形孔洞；22-金属纳米颗粒；30-二硫化钼层；40-金属颗粒。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一金属板实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

为了使本发明的实施过程更加清楚，下面将会结合附图进行详细说明。

图1为发明实施例提供的一种光热探测器的光栅结构的结构示意图；如图1所示，本申请提供一种光热探测器，光热探测器包括：石墨烯层10、金属层20、二硫化钼层30和多个金属颗粒40，金属层20上周期开设多个锥形孔洞21，石墨烯层10和二硫化钼层30分别设置在金属层的两侧，且二硫化钼层30靠近锥形孔洞21的锥尖部的一侧，石墨烯层10远离锥形孔洞21的锥尖部的一侧，二硫化钼层30远离金属层20的一侧设置有多个金属颗粒40，多个金属颗粒40与多个锥形孔洞21在金属层20上的投影的投影中心位置相同。

该金属层20底部设置有二硫化钼层30，该金属层20顶部为该石墨烯层10，该金属层20上开设周期开设有多个锥形孔洞21，由于该锥形孔洞21包括底部和锥尖部，其中底部的表面积远大于该锥尖部的表面积，并且该金属层20的两侧分别设置有二硫化钼层30和石墨烯层10，该二硫化钼层30靠近锥形孔洞21的锥尖部的一侧，石墨烯层10远离锥形孔洞21的锥尖部的一侧，即该二硫化钼层30、金属层20和石墨烯层10由上到下依次设置，该金属层20上开设周期开设有多个锥形孔洞21的具体周期根据实际需要而定在此不做具体说明，该二硫化钼底部设置有多个金属颗粒40，每个金属颗粒40的设置位置与该锥形孔洞21锥尖部的位置相对应，需要说明的是，由于每个金属颗粒40的设置位置与该锥形孔洞21顶部的位置相对应，则金属颗粒40的设置数量，与锥形空洞的设置数量相同，锥形空洞的设置数量为金属单元的设置数量减一，需要说明的是，由于二硫化钼超薄的物体特性，使得在该二硫化钼层30底部设置金属颗粒40之后，该二硫化钼层30远离金属颗粒40的一侧与金属颗粒40相对的位置会产生凸起，由于该金属颗粒40设置位置与锥形孔洞21的顶部位置一致，即该二硫化钼层30由于金属颗粒40的存在，会在锥形孔洞21顶部接触的位置凸起，增加该二硫化钼层30与该金属单元的接触面积，当光通过石墨烯层10进入到该金属层20时，石墨烯层10将入射光进行第一次增强，并将增强的光传递到该金属层20上，由于该金属层20上周期开设多个锥形孔洞21，在尖端效应的作用下，该锥形空洞的尖端会聚集大量的电荷，并通过二硫化钼层30进行输出，由于二硫化钼层30具有极佳的载流子迁移率，同时二硫化钼层30合金属颗粒40进行耦合，使得该二硫化钼层30中的电子传递速度加快，并且金属颗粒40设置在二硫化钼的底部，由于二硫化钼超薄的物理特性，该二硫化钼层30会在金属颗粒40设置的另一侧突起，进一步增加二硫化钼层30与金属单元的接触面积，进一步增加了电荷的传递速率，根据光热电之间的关系，使得该光热探测器在探测光强时，测量结果更加准确，并且由于本申请极大的增加该光热探测器的电荷传递速率，使得对光热的测量灵敏度高，需要说明的是，本申请提供了增加电荷传递速率的五个方面，1、锥形孔洞21的尖端；2、锥形孔洞21的尖端与二硫化钼层30的接触面积增大；3、二硫化钼层30本身具有电荷高迁移率；4、金属颗粒40之间的耦合和金属颗粒40与锥形孔洞21的耦合；5、二硫化钼层30在金属颗粒40的作用下凸起，增加二硫化钼层30与金属单元的接触面积，上述五个方面增加了该光热探测器电荷传递速率，很大程度的提高了该光热探测器的灵敏度，需要说明的是，该金属单元和该金属颗粒40的具体几何参数根据实际需要而定，在此不做具体限定。

图2为发明实施例提供的另一种光热探测器的光栅结构的结构示意图，如图2所，可选的，该金属层上同一周期的锥形孔洞的数量为两个。

该金属层20上周期设置有多个锥形孔洞21，每个周期中锥形孔洞21的数量可以是一个、也可以是两个，在此不做具体限定，在此为了清楚说明，以一个周期内的锥形孔洞21的数量为两个进行说明，其中两个锥形孔洞21体积可以相同，也可以不同，为了进行区分，在此以两个锥形孔洞21的体积不同进行说明，两个锥形孔洞为一个周期，极大的增加了该周期聚集电荷的能力，并且由于设置两个锥形孔洞21，使得该两个锥形孔洞21与该二硫化钼的接触点增加，很大程度上提高探测光热的灵敏度，同时也会使更多的光直接打到二硫化钼层30上，提高发光强度，可以更明显的观测到光强度的变化。

图3为发明实施例提供的另一种光热探测器的光栅结构的结构示意图，如图3所示，可选的，该光热探测器还包括多个金属纳米颗粒，每个锥形孔洞21中均设置有金属纳米颗粒22。

在该锥形孔洞21中设置一个较大的金属纳米颗粒22，或者设置多个较小的金属纳米颗粒22，由于金属纳米颗粒22表面存在等离表面激元共振，进一步提高金属单元的锥形尖端和锥形孔洞21尖端的聚集电荷能力，进而很大程度上提高探测光热的灵敏度，需要说明的是，较大的金属纳米颗粒22，或者较小的金属纳米颗粒22，的尺寸均为纳米尺寸。

可选的，该金属层20的材料为贵金属。

可选的，该金属层20的材料为金、银、钌、铑、钯、锇、铱和铂任意一种或多种。

该金属层20的材料可以为金、银、钌、铑、钯、锇、铱和铂中的任意一种单一贵金属，也可以为金、银、钌、铑、钯、锇、铱和铂中多种贵金属组成的混合贵金属，若该金属层20的材料为混合贵金属，则混合比例根据实际需要而定，在此不做具体限定。

本申请的光热探测器，当光通过石墨烯层10进入到该金属层20时，石墨烯层10将入射光进行第一次增强，并将增强的光传递到该金属层20上，由于金属层20上周期开设多个锥形孔洞21，在尖端效应的作用下，该锥形空洞的尖端会聚集大量的电荷，并通过二硫化钼层30进行输出，由于二硫化钼层30具有极佳的载流子迁移率，同时二硫化钼层30合金属颗粒40进行耦合，使得该二硫化钼层30中的电子传递速度加快，并且金属颗粒40设置在二硫化钼的底部，由于二硫化钼超薄的物理特性，该二硫化钼层30会在金属颗粒40设置的另一侧突起，进一步增加二硫化钼层30与金属单元的接触面积，进一步增加了电荷的传递速率，根据光热电之间的关系，使得该光热探测器在探测光强时，测量结果更加准确，并且由于本申请极大的增加该光热探测器的电荷传递速率，使得对光热的测量灵敏度高。

本申请提供一种光热探测系统，光热探测系统包括：数字源表和上述任意一项的光热探测器，数字源表与光热探测器的二硫化钼层30电连接，用于接收光热探测器产生的电信号。

本申请提供一种光热探测器制备方法，应用于上述任意一项的光热探测器的制备，制备方法包括：

使用聚焦粒子束刻蚀法，在预设基底上制备多个金属颗粒；

将二硫化钼铺设在多个金属颗粒远离基底的一侧，形成二硫化钼层；

使用电子束蒸发镀膜仪将预设金属镀在二硫化钼层远离基底的一侧，形成金属层；

使用聚焦粒子束刻蚀法在金属层上刻蚀出多个锥形孔；

使用湿法转移将预设石墨烯层铺设在金属层远离基底的一侧。

可选的，该使用聚焦粒子束刻蚀法在金属层上刻蚀出多个锥形孔的步骤包括：

使用大束流对金属层金属刻蚀，形成锥形孔的多个基孔；

使用小束流对多个基孔进行刻蚀，形成多个锥形孔。

可选的，该使用湿法转移将预设石墨烯层铺设在金属层远离基底的一侧的步骤之前还包括：

将预设金属纳米颗粒设置在每个锥形孔洞中。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。