[发明专利]一种基于自旋塞贝克效应的非制冷红外传感器装置

权利要求书

1.一种基于自旋塞贝克效应的非制冷红外传感器装置，其特征在于，所述非制冷红外传感器装置(100)包括由下至上依次设置的硅基底(110)、二氧化硅衬底(120)、敏感材料层(130)、红外吸收层(140)、顺磁材料层(150)和电极层(160)；

所述硅基底(110)中心位置设置一隔热空腔；

所述二氧化硅衬底(120)沉积在硅基底(110)上方，并在二氧化硅衬底(120)的上表面，具体在敏感材料层(130)的三个侧面边缘附近设置隔热缝隙(170)，用于阻止沿敏感材料层(130)侧面的热传导；

所述敏感材料层(130)由具有自旋塞贝克效应的敏感材料薄膜沉积而成；

所述红外吸收层(140)由红外吸收材料薄膜沉积而成，其面积小于敏感材料层的面积，并设置在远离未设置隔热缝隙的一侧敏感材料层(130)的上方；

所述顺磁材料层(150)由顺磁性材料蒸镀成窄条状，位于未设置隔热缝隙的一侧敏感材料层(130)的上方，利用逆自旋霍尔效应将自旋电流转化为电压；

所述电极层(160)中的两个输出端子分别蒸镀在窄条状顺磁材料层的两端，用于测量非制冷红外传感器装置的电压输出。

2.根据权利要求1所述非制冷红外传感器装置，其特征在于，在所述具有自旋塞贝克效应的敏感材料薄膜上进一步地形成具有孔洞结构的声子晶体结构，以降低材料的热导率。

3.根据权利要求1或2所述非制冷红外传感器装置，其特征在于，当红外辐射被红外吸收层(140)吸收导致其温度上升，在具有自旋塞贝克效应的敏感材料层(130)的长度方向两端产生温度差ΔT，由于自旋塞贝克效应，所述温度差ΔT将导致敏感材料层(130)的长度方向两端产生自旋电压，所述自旋电压导致顺磁材料层(150)沿敏感材料层的长度方向两侧出现不平衡的自旋极化强度，进而产生带有自旋极化矢量的自旋电流，由于逆自旋霍尔效应，在顺磁材料层(150)两端产生电压输出，通过电极层(160)中的两个输出端子读取所述电压输出即可实现对红外辐射进行测量。

4.根据权利要求1或2所述非制冷红外传感器装置，其特征在于，所述敏感材料层(130)的材料为锑化铟、氧化铁和铁镍合金铁或其它具有自旋塞贝克效应的材料。

5.根据权利要求1或2所述非制冷红外传感器装置，其特征在于，所述红外吸收层(140)的材料为黑金、碳纳米管和SU-8的混合物或氮化硅。

6.根据权利要求1或2所述非制冷红外传感器装置，其特征在于，所述顺磁材料层(150)的材料为铂。

7.根据权利要求1或2所述非制冷红外传感器装置，其特征在于，所述电极层(160)的材料为铝。

8.根据权利要求1或2所述非制冷红外传感器装置，其特征在于，所述硅基底(110)的长和宽分别为240μm和150μm，厚度为200μm，其中心位置的空腔尺寸为长180μm、宽110μm、厚度200μm，所述二氧化硅衬底(120)的长和宽与所述硅基底的长和宽相同，其厚度为2μm，所述敏感材料层(130)的长和宽分别为160μm和90μm，其厚度为0.05μm，所述红外吸收层(140)的长和宽分别为80μm和90μm，其厚度为1μm，其面积占所述敏感材料层(130)面积的50％，所述顺磁材料层(150)的厚度为0.05μm，所述电极层(160)的厚度为0.1μm。