[发明专利]一种多层结构横向热电光探测器

说明书

技术领域

本发明涉及一种多层结构横向热电光探测器，属于光探测器设备技术领域。

背景技术

当入射光照射到c轴倾斜生长的薄膜或单晶材料的上表面时，材料的上表面因吸收入射光的能量而在其上下表面产生一个纵向的温度差ΔT，如果该材料的塞贝克系数各向异性，则会在其上表面沿材料倾斜生长的方向产生一个横向电压信号，这一效应称之为横向热电效应。其中，横向热电效应输出电压信号的幅值与材料ab面方向和c轴方向塞贝克系数的差值ΔS、材料的c轴倾斜生长角度α二倍的正弦值及材料上下表面的温差ΔT等成正比。近年来，利用横向热电效应原理设计制作的新型光探测器备受关注。这种横向热电光探测器除了价格低廉、不需要制冷外，还可以实现全光谱探测。

目前的横向热电光探测器均由一个横向热电元件组成，其探测灵敏度偏低。其次，由于这种单一结构的横向热电光探测器的工作元件对红外入射光的吸收率较小、光热转化效率较低，导致其对红外光的探测灵敏度降低。再次，这种单一结构的横向热电光探测器的工作元件均直接暴露在工作环境中，当入射光功率较大、工作环境较潮湿或具有腐蚀性时极易引起工作元件的破坏，降低探测器的使用寿命。

发明内容

本发明提供一种多层结构横向热电光探测器，以提高探测灵敏度、延长使用寿命。

解决上述技术问题的技术方案是：

这种多层结构横向热电光探测器，依次由导热胶带粘结的光吸收层，金属铜片，横向热电元件和金属支架组成，在横向热电元件上表面设置两个对称的金属电极作为电压信号输出端，用电极引线将横向热电元件电压信号输出端与电压表输入端相连接，所述的横向热电元件层叠设置N组，每层之间用导热胶带黏合，每层引出的输出端串联连接。

所述的多层结构横向热电光探测器，所述的横向热电元件为在单晶基片上c轴倾斜生长的层状钴氧化物热电薄膜、高温铜氧化物超导薄膜、或巨磁阻锰氧化物薄膜，倾斜角度90°>α>0°；或商用的c轴斜切LaALO₃单晶、SrTiO₃或Nb掺杂的SrTiO₃单晶，斜切角度90°>α>0°。

所述的多层结构横向热电光探测器，横向热电元件的c轴倾斜生长角度或c轴斜切角度优选45°>α>10°。

所述的多层结构横向热电光探测器，所述的金属电极为长方形或圆形，电极之间的间距为6-8mm，电极材料为金属Pt、Au、Ag、Al或In。

所述的多层结构横向热电光探测器，所述的导热胶带的介电强度大于38KV/mm，热导率大于0.6W/mK，厚度为0.5mm。

所述的多层结构横向热电光探测器，所述的金属铜片为热导率大于400W/mK的无氧铜片，其尺寸和横向热电元件的尺寸相同，厚度为0.1-0.5mm。

所述的多层结构横向热电光探测器，所述的光吸收层包括金黑、石墨、碳纳米管或石墨烯涂层，厚度为10-100μm，由常规的磁控溅射、喷涂方法制备。

所述的多层结构横向热电光探测器，所述的探测器金属外罩采用热导率大于400W/mK的无氧铜片制成，厚度为2-3mm。

所述的多层结构横向热电光探测器，其特征在于：所述的金属导线可以选用Ag、Cu、Al等漆包线，直径为100-250μm。

所述的多层结构横向热电光探测器的制备方法包括：

A、采用热蒸发、磁控溅射或脉冲激光沉积方法，沿着横向热电元件（9）材料c轴倾斜生长方向的上表面制备两个金属电极，两电极位置相对于元件中心位置左右对称，间距为6-8mm；以同样的方式制备第二个、第三个、一直到第N个；

B、用导热胶带将设置金属电极的横向热电元件以上下堆叠的方式粘结在一起，并保证相邻横向热电元件c轴倾斜生长方向相反，导热胶带粘结区域应避开电极；

C、用导热胶带将金属铜片固定在上述叠层横向热电元件组第一个横向热电元件的上表面；并用导热胶带将最底层横向热电元件的下表面固定在探测器的金属外罩上；

D、在金属铜片上涂覆光吸收层；

E、将相邻横向热电元件上下对应的电极用金属导线（2）相互连接使整个装置形成一个串联结构，由金属导线引出作为输出端（6），与电压表输入端相连。