[发明专利]VO2

说明书

本发明公开了一种VO₂陶瓷、高响应度的红外弱光探测器及其调控方法。光敏半导体材料VO₂陶瓷，采用微米级粒径的VO₂粉剂，在保护气氛中400℃烧结制备获得。所述的VO₂陶瓷作为光敏半导体，采用金属银制作阴阳电极；探测10mW的980nm红外光时，实现安培级的高光电流，实现不低于10A/W级的高响应度。驱动电压小于临界值时响应度较低；驱动电压高于临界值时，信号光照射下探测器由高阻态变为低阻态，电流大幅增大，获得高响应度；通过减小驱动电压至临界值之下，使探测器从低阻态恢复至高阻态；所述临界值由实验确定。本发明在进行红外探测时可实现高响应度，可在红外弱光探测、低亮度图像采集等方面获得应用。

技术领域

本发明涉及红外传感器领域，包括一种实现高响应度红外弱光探测的光电探测器的组成材料，及一种实现高响应度红外弱光探测的电压调控方法。

背景技术

红外传感器与红外成像技术已获得广泛应用，通过红外成像能完成很多可见光难以或无法实施的应用需求。

目前商业化的红外探测器材料很大比例基于铟、镓、砷、锑、汞、镉、碲、铅、硫、硒等元素组成的化合物半导体，例如砷化镓（GaAs）、锑化铟（InSb）、硫化铅（PbS）、硒化铅（PbSe）、铟镓砷（InGaAs）、碲镉汞（HgCdTe）等，存在毒性大、成本高等不足。目前在红外光波长1000nm左右，铟镓砷（InGaAs）图像传感器的感光度比较高，但是成本高昂，而具有成本优势的互补金属氧化物半导体（COMS）图像传感器采集的低亮度图像比较暗。因而，有必要提高金属氧化物半导体的红外探测性能，采用氧化钒（VO_x）、三氧化二钛（Ti₂O₃）等半导体在红外弱光探测等更多红外传感应用情景中取代铟镓砷、碲镉汞等半导体。

氧化钒（VO_x）辐射热计已在8～14μm的远红外传感上被广泛应用，但是在波长小于8μm的中短波红外波段的响应度低，仍不具有竞争能力。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供VO₂陶瓷、高响应度的红外弱光探测器及其调控方法，解决钒氧化物光探测器在中短波红外波段的响应度不高以及实现超低功率红外弱光探测的问题。

为了达到上述目的，本发明提出的技术方案如下：

一种光敏半导体材料VO₂陶瓷，采用微米级粒径的VO₂粉剂，在保护气氛中400℃烧结制备获得。

所述的VO₂陶瓷，制备方法如下：

1）将市售VO₂粉剂研磨至微米级粒径，然后加入VO₂质量六分之一的甲胺碘（MAI），通过研磨混合均匀；

2）将步骤1）中制备的混合粉末以7MPa的压强压片；

3）将步骤2）中的VO₂片放入通氩气的管式炉中，以6.7℃/min的速率升温至400℃，在400℃烧结5小时，然后以不大于3.4℃/min的速率降温至室温，获得VO₂陶瓷片。

一种高响应度的VO₂陶瓷红外弱光探测器，

采用所述的VO₂陶瓷作为光敏半导体，采用金属银制作阴阳电极；

探测10mW的980nm红外光时，实现安培级的高光电流，实现不低于10A/W级的高响应度。

所述的高响应度的VO₂陶瓷红外弱光探测器的电压调控方法，

驱动电压小于临界值时响应度较低；