[发明专利]增强式薄膜体声波谐振紫外光探测器

说明书

技术领域

本发明涉及紫外光探测器技术领域，具体的说，是涉及一种增强式薄膜体声波谐振紫外光探测器。

背景技术

紫外光探测器是一种非常重要的光电子器件，被应用于航天工程、火焰探测、生物效应、通信以及环境监测等民用、军用领域。目前，已投入商用的紫外探测器，主要有紫外真空二极管、紫外光电倍增管、紫外增强器、紫外摄像管和固体紫外探测器等，其中常用的是基于宽带隙半导体材料的光电导和p-n结器件。光电导和p-n结型紫外光探测器都是利用半导体材料的光生载流子来进行检测的，一般需要高晶体质量的外延半导体单晶薄膜，制造成本较高。

谐振式传感器是一种以检测其谐振频率、相位或振幅随检测物质的变化为响应的传感器，目前已经应用于多种生化检测领域。经过对现有的文献检索发现，美国亚利桑那州立大学X.Qiu等人在2009年在Applied Physics Letters(应用物理快报)第94卷191517页公布了一种体声波紫外光探测器。这种体声波紫外光探测器以一种压电薄膜谐振器为核心器件，通过外加电场在氧化锌压电薄膜中激发1.46吉赫兹左右的高频体声波谐振。当紫外光照射时，氧化锌压电薄膜中的部分氧成分脱离，密度发生改变，引起谐振频率升高。通过测量探测器谐振频率升高的幅度可以检测紫外光强度。基于这种原理的探测器只需多晶压电薄膜，成本较低。另外，高频频率信号响应速度快、噪声低、分辨率高，且更利于数字化和无线传输，更适用于无线传感器网络。但是，上述体声波紫外光探测器仍存在诸多缺陷，如采用紫外透射率较低的金作为上电极，影响了压电薄膜对紫外光的灵敏度；采用本征氧化锌作为压电薄膜材料，响应光谱区间较窄且无法调整；采用悬空的横膈膜结构，机械牢度较差。

发明内容

本发明针对现有技术的不足和缺陷，提出了一种增强式薄膜体声波谐振紫外光探测器。该探测器是利用现有微电子技术进行制造的，具有灵敏度高、响应光谱区间宽且可调整，机械牢度强，检测信号易于数字化处理等优点，且易于实现阵列化和作为物联网的传感器终端。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种增强式薄膜体声波谐振紫外光探测器，包括压电薄膜谐振器、紫外光反射膜和透明导电膜，其特征在于，具有紫外光反射膜和作为上电极的透明导电膜，从下向上依次设置基底、声波布拉格反射层、金属下电极、紫外光反射膜、压电薄膜、透明导电膜。

所述的压电薄膜为掺杂镁的氧化锌材料，其优选的厚度为1-1.5微米，镁的掺杂浓度为1％至3％。

所述的紫外光反射膜为氟化镁或氮化铝薄膜，其厚度为所需测量的紫外光中心波长的二分之一。

所述的透明导电膜为掺杂铝的氧化锌材料，其厚度为所需测量的紫外光中心波长的四分之一，铝的掺杂浓度为1％至10％。

本发明利用外加电场激励在压电薄膜谐振器中产生体声波谐振，当紫外光照射时，使吸附在掺杂的氧化锌压电薄膜中的部分氧成分脱离，从而使其密度发生改变，这将会引起体声波谐振频率升高。氧成分的脱附量依赖于入射紫外光强度，因此通过测量传感器谐振频率升高的幅度就可以检测入射紫外光的强度。

与以往的技术相比，本发明的有益效果是：(1)利用紫外光反射膜将未被吸收的紫外光再次反射进入压电薄膜，并使用对紫外光吸收较少的透明导电膜替代金属作为上电极，增强了压电薄膜对紫外光的吸收，从而提高了探测器的灵敏度；(2)使用掺杂的氧化锌材料作为压电敏感层，可以根据所需测量的紫外光中心波长调整镁的掺杂浓度，其敏感范围覆盖低紫外至深紫外的较宽光谱区间，这在民用和军事领域都有着极其重要的应用价值；(3)采用声波布拉格反射层替代横膈膜结构，机械牢度高，抗冲击力强。

附图说明

附图1为本发明的剖面结构示意图

附图2为本发明实施例1受到能量为0.1至0.3毫瓦的0.35微米紫外光照射时器件的谐振频率。

附图3为本发明实施例2照射紫外光前后的阻抗频率响应。

图面说明：1、基底；2、声波布拉格反射层；3、金属下电极；4、紫外光反射膜；5、压电敏感层；6、透明导电膜

具体实施方式

一种增强式薄膜体声波谐振紫外光探测器，包括压电薄膜谐振器、紫外光反射膜和透明导电膜，其特征在于，具有紫外光反射膜4和作为上电极的透明导电膜6，从下向上依次设置基底1、声波布拉格反射层2、金属下电极3、紫外光反射膜4、压电薄膜5、透明导电膜6。

实施例1

本实施例为针对探测中心波长为0.35微米的紫外光探测器。

基底1为(100)取向的硅片。