[发明专利]一种高灵敏硅量子点-二氧化钒温度探测器

说明书

本发明涉及温度探测领域，具体涉及一种高灵敏硅量子点‑二氧化钒温度探测器，敏感部件包括衬底、二氧化钒层、硅量子点层。应用时，连续谱光源照射硅量子点层，光探测器接收敏感部件的反射光谱。当环境温度变化时，二氧化钒层的折射率或介电常数发生变化，从而改变了硅量子点的共振波长和敏感部件的反射光谱，通过探测敏感部件的反射光谱变化，确定环境温度。本发明具有温度探测灵敏度高的优点，在温度的高灵敏探测领域具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及温度探测领域，具体涉及一种高灵敏硅量子点-二氧化钒温度探测器。

背景技术

温度属于基础物理量，温度探测是工程技术中的基础。常规采用电学方法实现温度探测，例如利用热电偶、常规电阻变化、半导体电阻变化等实现温度探测。基于电学方法的温度探测中，虽然温度的量程宽，但是温度探测的灵敏度不高。例如，在热电偶温度探测器中，热电偶由两种不同材料的金属丝组成，两种丝材的一端焊接在一起，形成工作端，置于被测温度处；另一端为自由端，与测量仪表连接，形成闭合回路。当工作端与自由端的温度不同时，回路中就会出现热电动势，通过测量热电动势实现温度探测。虽然基于热电偶的温度探测器所探测的温度范围非常高，达到3000摄氏度，但是温度的分辨率比较低。

基于光学原理，特别是基于光纤的温度探测器不受环境电磁场的影响，受到广泛关注。在基于光学原理的温度探测中，典型的是基于迈克尔逊干涉仪的。例如，专利CN2048072234U提供了一种基于光纤空气环腔的迈克尔逊干涉仪的温度传感器，由入射光纤、空气环腔结构、石墨烯膜、金膜构成，空气环腔结构的两端分别与入射光纤和石墨烯膜相连接；石墨烯膜两端分别与空气环腔结构和金膜连接；入射光纤与空气环腔结构与石墨烯膜与金膜共同构成迈克尔逊干涉仪。由于一般材料的热膨胀系数小，导致迈克尔逊干涉仪的臂长或腔长改变小，导致温度探测的灵敏度也低。

发明内容

为解决以上问题，本发明提供了一种高灵敏硅量子点-二氧化钒温度探测器，包括衬底、二氧化钒层、硅量子点层；二氧化钒层置于衬底上，硅量子点层置于二氧化钒层上，硅量子点层包括周期排列的硅量子点。

更进一步地，二氧化钒层的厚度大于20纳米、小于100纳米。当环境温度变化时，二氧化钒层的折射率发生变化，从而改变硅量子点的吸收波长。

更进一步地，衬底的材料为二氧化硅。衬底用以支撑二氧化钒层。优选地，衬底为热的不良导体。

更进一步地，硅量子点的直径大于2纳米、小于10纳米。更进一步地，硅量子点的直径大于2纳米、小于6纳米，以便于硅量子点产生明显的量子限域效应。当硅量子点附近材料或环境的折射率改变时，硅量子点的共振波长产生显著的移动。

更进一步地，硅量子点为掺硼硅量子点，这样一来，在硅量子点中引入晶格畸变，在禁带中引入深能级，在反射峰中造成更深的反射谷，也就是导致更强的共振吸收。

更进一步地，硅量子点排布的周期为方形周期。相邻硅量子点之间的距离大于20纳米，以便于减少相邻硅量子点之间的影响。这样一来，硅量子点共振吸收的影响主要来自于硅量子点周围环境折射率变化，数据处理简单。

更进一步地，二氧化钒层表面设有凹坑，硅量子点置于凹坑内。这样一来，硅量子点与更多的二氧化钒材料接触，当二氧化钒层的折射率改变时，硅量子点周围环境改变更多，硅量子点的共振波长移动更多，从而实现更高灵敏度的温度探测。

更进一步地，硅量子点的直径大于凹坑的深度。也就是说，硅量子点部分地突出二氧化钒层，以便于硅量子点散射光。

更进一步地，硅量子点的顶部设有二氧化钒颗粒。当环境温度改变时，二氧化钒颗粒的折射率也发生改变，从而更多地改变硅量子点周围的介电环境，从而更多地改变硅量子点中的共振状态，从而更多地移动硅量子点的共振波长，从而实现更高灵敏度的温度探测。

更进一步地，二氧化钒颗粒置于硅量子点的顶部，便于应用电子束蒸发镀膜或热蒸发镀膜的方法制备二氧化钒颗粒。