[发明专利]一种红外热辐射光源及红外传感器

说明书

本申请公开了一种红外热辐射光源，从下至上依次包括衬底及半导体纳米线；所述半导体纳米线设置在所述衬底表面；周期性排列的所述半导体纳米线与周围的空气形成二维光子晶体，所述二维光子晶体用于限缩出射光的光谱宽度。本申请提供的技术方案中，由于所述半导体纳米线可直接从所述衬底表面的预定位置开始生长，相比于现有技术，不需要先整层生长再刻蚀出柱状结构，简化了工艺，节约了原料，降低了生产成本；纳米线生长技术不需要考虑所述半导体纳米线与所述衬底的晶格适配问题，扩大了材料的选择范围；所述半导体纳米线的侧壁光滑，具有较高的Q因子，可进一步缩窄发射光谱。本申请同时还提供了一种具有上述有益效果的红外传感器。

技术领域

本申请涉及红外探测领域，特别是涉及一种红外热辐射光源及红外传感器。

背景技术

随着经济社会的发展，大量产生的易燃易爆、有毒有害等污染物对人们的健康也带来很大的威胁，需要快速、精确的进行监测。中红外光谱区间包含很多常见液体和气体分子的特征谱线，因此利用气体分子的红外光谱选择吸收特性可实现对污染物的定性和定量分析，具有非常高的选择性、灵敏度和稳定性。中红外光源是决定红外传感器性能的主要因素，虽然目前已开发出性能较好的中红外量子级联激光器及间带级联激光器等，但其价格昂贵而难以广泛推广，目前仍多采用成本低廉的微机电(MEMS)热辐射红外光源。热辐射光源通过对物体加热来产生一定的热辐射，但其发射的光谱非常宽，而在实际测量中仅使用气体特征光谱波长的那部分极窄的辐射光，需采用窄带滤波器滤除其它波段的光辐射，导致整个系统复杂性增加及功率效率下降。

根据基尔霍夫定律，改变物体的吸收率可以改变其发射率。因此人们采用光学谐振腔、光子晶体、超材料等微纳结构来调控红外热辐射，获得了较窄的热辐射光谱，但其具有宽的背景发射，而且这种仅修正光子状态的方法难以实现很高的Q因子(衡量光谱峰值与宽度的比值，Q因子越高表明光谱越窄)，仍无法满足很多红外传感系统对光源的要求。近些年日本京都大学Noda研究组提出了一种方案，即同时利用半导体量子阱导带的子带间跃迁及二维光子晶体同时调控热辐射器的电子状态和光子状态，但这种器件的制备工艺需要先整层制备材料，再对其进行刻蚀得到柱状结构，成本较高；刻蚀的柱状结构侧表面平滑度差，限制Q因子的提高。

申请内容

本申请的目的是提供一种红外热辐射光源及红外传感器，以解决现有技术中超窄热辐射光谱的红外光源器件制备工艺复杂、成本高、光子晶体侧表面平滑度差，Q因子难以进一步提高的问题。

为解决上述技术问题，本申请提供一种红外热辐射光源，从下至上依次包括衬底及半导体纳米线；

所述半导体纳米线设置在所述衬底表面；

周期性排列的所述半导体纳米线与周围的空气形成二维光子晶体，所述二维光子晶体用于限缩出射光的光谱宽度。

可选地，在所述红外热辐射光源中，所述半导体纳米线为多量子点层组成的半导体纳米线。

可选地，在所述红外热辐射光源中，所述衬底下方接触设置有背面电极，所述半导体纳米线上方接触设置有正面透明电极，所述半导体纳米线从下至上依次包括第一掺杂层、多量子点层及第二掺杂层；

其中，所述第一掺杂层与所述第二掺杂层的掺杂类型不同。

可选地，在所述红外热辐射光源中，所述第一掺杂层的基底材料与所述第二掺杂层的基底材料相同。

可选地，在所述红外热辐射光源中，所述多量子点层的基底材料、所述第一掺杂层的基底材料及所述第二掺杂层的基底材料相同。

可选地，在所述红外热辐射光源中，所述多量子点层为n型掺杂的多量子点层。

可选地，在所述红外热辐射光源中，所述半导体纳米线的直径的范围为10纳米至1000纳米，包括端点值。