[发明专利]工作波长与入射光角度无关的热电子光探测器及制造方法

说明书

本发明涉及一种工作波长与入射光角度无关的热电子光探测器及制造方法,包括基底、第一金属薄膜、电极中间层、第二金属薄膜、微腔中间层和分布式布拉格反射镜，且所述第一金属薄膜、电极中间层、第二金属薄膜、微腔中间层和分布式布拉格反射镜依次叠加设置所述基底上，所述第一金属薄膜、电极中间层、第二金属薄膜、微腔中间层以及分布式布拉格反射镜组成光学微腔。本发明有效光学吸收强且工作波长随入射光角度变化而不会发生变化。

技术领域

本发明涉及热电子光探测器的技术领域，尤其是指一种工作波长与入射光角度无关的热电子光探测器及制造方法。

背景技术

热电子光探测器是一种亚禁带光探测器，具有响应时间短，探测频谱宽和能室温操作等优点。热电子光探测器的性能用响应度来表征，即器件在单位入射光功率下的电流输出。从结构上来分，有金属-半导体结热电子光探测和金属-介质-金属结热电子光探测器两种类型。

在金属-介质-金属结热电子光探测器中，两层金属作为光学吸收材料，共同组成不透明金属层，同时又作为探测器的两个电极用以输出电信号。其中金属-介质-金属结热电子光探测器的工作原理可分为四步：第一步：当入射光信号照射到探测器上，在不透明金属层内引起光学吸收，但由于金属的趋肤深度，第一层金属电极光学吸收大于第二层金属电极光学吸收，因此存在光学净吸收；第二步：金属中费米能级附近的电子得到入射光子的能量跃迁至高能级产生处于非热力学平衡态的热电子；第三步：产生的热电子在金属中自由扩散输运至金属-介质界面处；第四步：成功到达界面处的热电子越过电极中间层到达对电极被收集，光学净吸收造成两个电极收集的热电子个数不相等而形成输出电流信号。

为了增强热电子光探测器的性能指标，可以构造金属或介质微纳结构，使得入射光信号吸收和热电子的电学输运都得到增强。然而，在增强性能指标的同时，具有工艺复杂、成本高昂和难以大规模制备等缺点。相反，平面型热电子光探测器具有工艺简单，成本低廉和能大规模制备等优点。但无论是微纳结构和平面型热电子光探测器，器件的工作波长都随信号光入射角度变化而变化，因此会削弱热电子光探测器实际应用的前景。

现有平面型金属-介质-金属结热电子光探测器有两个缺点：一是由两个电极组成的不透明金属层对应的效光学吸收较弱，因为平面多层结构一般要构造光学微腔，在微腔内形成法布里-珀罗共振实现光学完美吸收。光学微腔由三个组成部分：半透明金属层、微腔中间层和不透明金属层构成，但半透明金属层占据了相当部分的光学吸收，导致在两个电极内的有效光学吸收较弱。二是因为法布里-珀罗共振对信号光的入射角度很敏感，因此工作波长随入射光角度变化而变化。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中有效光学吸收不强以及工作波长随入射光角度变化而变化的问题，从而提供一种有效光学吸收强以及工作波长随入射光角度变化而不会发生变化的工作波长与入射光角度无关的热电子光探测器及制造方法。

为解决上述技术问题，本发明的一种工作波长与入射光角度无关的热电子光探测器，包括基底、第一金属薄膜、电极中间层、第二金属薄膜、微腔中间层和分布式布拉格反射镜，且所述第一金属薄膜、电极中间层、第二金属薄膜、微腔中间层和分布式布拉格反射镜依次叠加设置所述基底上，所述第一金属薄膜、电极中间层、第二金属薄膜、微腔中间层以及分布式布拉格反射镜组成光学微腔。

在本发明的一个实施例中，所述基底是玻璃片、塑料、陶瓷、金属、木材中的任意一种。

在本发明的一个实施例中，所述第一金属薄膜和所述第二金属薄膜的材料相同。

在本发明的一个实施例中，所述第一金属薄膜是金薄膜、银薄膜、铜薄膜、铝薄膜中的任意一种。

在本发明的一个实施例中，所述电极中间层采用氧化锌薄膜、氧化铝薄膜、二氧化钛薄膜中的任意一种。

在本发明的一个实施例中，所述微腔中间层采用锗薄膜、碲薄膜、硅薄膜中的任意一种。