[发明专利]紫外电学定标热释电探测器

说明书

技术领域

本发明涉及电学定标热释电探测器，具体是指一种用于紫外辐射功率电学定标的热释电探测器。

背景技术

电学定标热释电辐射计(electrically calibrated pyroelectric radiometer，简称ECPR)是室温工作的电替代式辐射计。ECPR最先由美国NBS(NIST的前身)Robert J.Phelan在上世纪70年代初提出，美国NIST、德国PTB等国际权威计量实验室都在开展相关的研究工作。在1979年中国科学院上海技术物理研究所曾开展过ECPR的研究工作，当时申请的相关专利有“电校型热释电探测器”，申请号：87200203.9；“沉积绝缘层的电学定标热释电探测器”，申请号：85205071。上述ECPR的研究工作主要针对红外辐射功率的定标。

随着宽禁带半导体材料的发展，紫外探测器及其应用研究得到了迅猛发展，在军事、空间和民用等领域展现出重大应用价值和广阔的发展前景。在紫外探测器的研究及其应用中，一个十分关键的问题在于必须对紫外探测器进行精确的紫外测试定标，没有经过定标测试的探测器，无法进行实际应用。在紫外探测器的定标测试中，关键问题是紫外辐射功率的定标测量，为保证测量结果的精确性，电学定标热释电探测器中的紫外吸收导电膜层及绝缘屏蔽层的选择是一个关键问题，目前的红外辐射电学定标热释电探测器不适合紫外辐射电学定标用。

发明内容

基于上述已有技术存在的问题，本发明的目的是要提供一种用于紫外辐射功率定标的电学定标热释电探测器，以电功率的测量来替代紫外辐射功率的测量，提高紫外辐射功率定标测试的精确度。

本发明的紫外辐射电学定标热释电探测器，包括：悬空封装在金属管壳内的芯片，该芯片由热释电晶片，在整个热释电晶片的上表面依次沉积有金属上电极层、绝缘屏蔽层、光吸收导电加热层，在热释电晶片的下表面沉积有信号电极层组成。所说的光吸收导电加热层是一层既能吸收紫外辐射又能通过导电加热的多壁碳纳米管薄膜，在多壁碳纳米管薄膜两边沉积有对其导电加热的引线电极层。所说的绝缘屏蔽层为聚酰亚胺材料。所说的热释电晶片为钽酸锂晶体或弛豫铁电单晶(1-x)Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-xPbTiO₃，简称PMN-PT。

本发明的器件工作过程为：当其接收到入射紫外辐射，或者有电加热时，光加热和电加热都在多壁碳纳米管薄膜吸收层中引起温度变化，再由热传导到热释电晶片，产生热释电信号输出。当两种加热方式等效时，即电学加热功率与紫外辐射功率相等时，器件产生的热释电信号相等，测量电功率即为辐射光功率，以电功率的测量来替代紫外辐射功率的测量，因此称其为电学定标热释电探测器。

本发明的最大优点在于：

(1)采用多壁碳纳米管作为紫外导电吸收膜，与目前已有专利中采用金黑导电吸收膜相比，更能高效吸收紫外辐射(见图4的多壁碳纳米管薄膜的反射光谱)，具有更好的导热性能，增强光电等效性，减小定标误差，而且多壁碳纳米管更稳定。

(2)采用聚酰亚胺作为绝缘屏蔽层，能与微电子工艺兼容，薄膜的厚度和均匀性能准确控制，而且具有良好的热稳定性。

(3)聚酰亚胺薄膜能实现上电极层和碳纳米管薄膜层之间的电学隔离，避免探测器在电学加热时产生容性耦合信号。

(4)探测器的响应速度快，小于1min。

(5)探测器的灵敏度高，定标功率范围可到μW量级；

(6)探测器室温工作，简便易用。

附图说明

图1为紫外电学定标热释电探测器芯片的剖面结构示意图。

图2为紫外电学定标热释电探测器芯片的俯视图。

图3为紫外电学定标热释电探测器的剖面结构示意图。

图4为多壁碳纳米管薄膜的反射光谱。

具体实施方式

下面以钽酸锂热释电探测器为实施例，结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细描述：

首先将沿<111>方向极化后的钽酸锂晶体切割成14mm×18mm的晶片，厚度0.7mm，将晶片第一面研磨并抛光，然后研磨第二面，抛光至80μm，经过等厚度修正，整个薄片的等厚度偏差≤±1μm。将其用40％分析纯HF在95℃下腐蚀1小时，然后清洁处理。