[发明专利]一种基于硒化锡薄膜横向热电效应的光、热探测器

说明书

本发明提供了一种基于硒化锡薄膜横向热电效应的光、热探测器，包括探测元件、金属电极和金属引线；所述探测元件包括氧化物单晶基片和沉积在所述氧化物单晶基片上且c轴倾斜生长的硒化锡单晶薄膜；在所述硒化锡单晶薄膜的上表面对称设置有两个金属电极，所述金属电极经由所述金属导线与电压表输入端相连接。本发明采用脉冲激光沉积技术将二元材料硒化锡沉积在基片上，得到c轴倾斜生长的硒化锡单晶薄膜，并利用其横向热电效应制得了光、热探测器。该探测器的探测元件结构简单，无需制冷、偏压部件，制备工艺简便，成本低，所得到的光、热探测器响应波段宽，探测灵敏度高，在连续光辐照下探测性能优异，能够同时实现光和热的探测。

技术领域

本发明涉及一种光、热探测器，具体地说是涉及一种基于硒化锡薄膜横向热电效应的光、热探测器。

背景技术

当一束光或热源辐照到具有c轴倾斜结构（即薄膜的c轴方向和薄膜表面法线方向有一个夹角）的薄膜表面上时，薄膜上下表面会立即建立起一个温差ΔT_z，如果该薄膜材料的塞贝克系数存在各向异性，则可以在薄膜表面探测到一个与温差相垂直的开路电压信号。这种温差和因温差产生的电压相互垂直的热电效应称之为横向热电效应。

基于横向热电效应可以设计制作光、热探测器，探测器的输出电压可以表示为：

，

式中，l和d分别为被辐照的薄膜长度和薄膜厚度；α是薄膜c轴的倾斜角度，即薄膜c轴方向和薄膜表面法线方向的夹角；ΔS=S_ab-S_c是薄膜ab面和 c轴方向塞贝克系数的差值。

基于薄膜横向热电效应设计制作的光探测器具有电路结构简单，无需外加偏压和制冷部件，响应波段宽（从紫外一直到远红外），响应时间快等优势。然而，目前这类探测器所用的探测元件均为结构复杂的多元氧化物薄膜，如钇钡铜氧、镧钙锰氧、铋锶钴氧等薄膜，制备工艺流程多、成本高，且在连续激光辐照下，探测器的性能较差。

发明内容

本发明的目的就是提供一种基于硒化锡薄膜横向热电效应的光、热探测器，以解决现有探测器在连续激光辐照下性能待提高，探测元件制备工艺流程繁琐、成本高的问题。

本发明的目的是这样实现的：

一种基于硒化锡薄膜横向热电效应的光、热探测器，包括探测元件、金属电极和金属引线；所述探测元件包括氧化物单晶基片和沉积在所述氧化物单晶基片上且c轴倾斜生长的硒化锡单晶薄膜；在所述硒化锡单晶薄膜的上表面对称设置有两个金属电极，所述金属电极经由所述金属导线与电压表输入端相连接。

所述硒化锡单晶薄膜的厚度为10nm~1μm。可选地，所述硒化锡单晶薄膜的厚度为100nm~1μm。

所述硒化锡单晶薄膜的c轴方向与所述硒化锡单晶薄膜表面法线方向的夹角为0°~45°。可选地，硒化锡单晶薄膜的c轴方向与所述硒化锡单晶薄膜表面法线方向的夹角为10°~15°。

所述硒化锡单晶薄膜是通过脉冲激光沉积技术制备而成，所用激光靶材为硒化锡多晶靶。

所述硒化锡多晶靶的制备步骤包括下述步骤：按照化学式SnSe的原子摩尔计量比称量单质Sn和Se粉末，混合，得到混合物料；将混合物料进行球磨；将球磨后的物料压制成厚度为5~20mm、直径为20~50mm的圆片；利用真空封管技术将所述圆片封装在石英管中，采用固相烧结工艺进行烧结，即可得到硒化锡多晶靶。