[发明专利]基于体声波的光传感器及其制备方法

说明书

本发明涉及光传感器技术领域，具体涉及一种基于体声波的光传感器及其制备方法。所述光传感器包括衬底及其上方的光敏压电震荡层；所述衬底上具有空气腔；所述光敏压电震荡层根据光信号变化而发生频率变化，包括从下至上依次排列的下电极、压电薄膜、上电极、光敏薄膜。本发明将光敏薄膜与压电薄膜相结合形成具有光敏特性的压电震荡堆，制备成光敏压电震荡层，利用压电效应和光电效应共同影响压电层的频率特性，通过谐振频率的变化表征检测的光信号。具有灵敏度高、信号噪声小的优点。

技术领域

本发明涉及光传感器技术领域，具体涉及一种基于体声波的光传感器及其制备方法。

背景技术

伴随现代科技进入智能时代，传感器在工业机器人等领域发挥着越来越重要的作用。如何使用传感器将环境中的各类信号转化为更为直观的、可观测的信号模式一直是传感器研究领域的关键课题。光传感器是指将光信号转变为电信号，从而实现对光检测的装置，已广泛应用在各行各业中。光传感器中的光敏器件一般是依靠光生载流子影响光敏特性，其检测效率通常与材料的吸光效率、材料的迁移率以及电极对载流子的收集效率有关，因此为了提高光传感器的检测效率，主要在上述三个方面进行调整和改进。如通过减薄材料的厚度提升材料的光吸收效率、通过改变材料的纳米结构提高迁移率、设置电极缓冲层降低界面接触电阻从而提高载流子的收集等。但是，在上述三种方面进行改进的方式均存在如操作方式复杂、灵敏度提升有限等问题。

因此，需另外提供一种灵敏度高、信号噪声小的光传感器。

发明内容

有鉴于此，有必要针对上述的问题，提供一种基于体声波的光传感器。将光敏薄膜与压电薄膜相结合形成具有光敏特性的压电震荡堆，制备成光敏压电震荡层，利用压电效应和光电效应共同影响压电层的频率特性，通过谐振频率的变化表征检测的光信号。

为实现上述目的，本发明采取以下的技术方案：

第一方面，本发明提供一种基于体声波的光传感器，包括衬底及其上方的光敏压电震荡层；所述衬底上具有空气腔；所述光敏压电震荡层根据光信号变化而发生频率变化，包括从下至上依次排列的下电极、压电薄膜、上电极、光敏薄膜。

进一步的，在上述的基于体声波的光传感器中，所述衬底为Si、GaN、蓝宝石中的一种。

进一步的，在上述的基于体声波的光传感器中，所述光敏薄膜的厚度为200nm-2μm；所述光敏薄膜包括但不限于ZnO、InGaN中的一种或者组合。当光敏薄膜厚度大于2μm时，由于光敏薄膜在生长过程中会产生应力累积现象，当薄膜厚度大于2μm易使薄膜出现破损。当光敏薄膜厚度小于200nm时，光敏薄膜过于脆弱，振动过程中机械稳定性较差，无法用于传感器的制备。

优选的，在上述的基于体声波的光传感器中，光敏薄膜组分进行掺杂，掺杂为Al。

进一步的，在上述的基于体声波的光传感器中，所述压电薄膜包括但不限于AlN、PZT中的一种；所述压电薄膜的厚度为100nm～2μm。

进一步的，在上述的基于体声波的光传感器中，上电极与下电极包括但不限于金、银、钼、钛、钨其中的一种或多种组合；上电极或下电极的厚度为0.1μm～1μm。

进一步的，在上述的基于体声波的光传感器中，所述上电极和压电薄膜之间设有缓冲层。

优选的，在上述的基于体声波的光传感器中，所述缓冲层为AlN、AlGaN、GaN中的一种；缓冲层的厚度为10nm-200nm。

第二方面，本发明提供一种基于体声波的光传感器的制备方法，包括以下步骤：

步骤S1：采用光刻技术对衬底图形化处理，然后干法刻蚀出空气腔，将PSG材料填充至空气腔形成PSG填充层；

步骤S2：在填充PSG材料的衬底上方生长下电极；

步骤S3：在下电极上方沉积压电薄膜；