利用氧化物多層膜材料製作的快響應寬頻段雷射探測器的製作方法

2023-07-15 07:01:46

專利名稱：利用氧化物多層膜材料製作的快響應寬頻段雷射探測器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種雷射探測器，特別涉及一種利用氧化物多層膜材料製作的快響應寬頻段雷射探測器。
背景技術：
對於雷射能量、功率、脈寬和波形的探測，不僅對雷射器件和科學研究是非常重要的，而且在軍事、國防、生產和生活中也有非常廣泛的應用。儘管人們已發展了如熱電、光電、熱釋電等多種不同類型的雷射探測器，但對於新型雷射探測器的工作仍是人們感興趣和一直在進行的工作，本申請人也在這方面獲得以下幾項雷射探測器的專利，例如專利號ZL89202869.6；專利號ZL89220541.5；專利號ZL90202337.3，專利號ZL90205920.3；但是上述幾項專利的探測器均採用壓電材料製作的，該探測器光響應還不夠快，響應波段也還不夠寬。
對於摻雜錳酸鑭材料的磁電阻特性人們已研究很多，近來人們也觀測到摻雜錳酸鑭薄膜的光電特性(如文獻1、Time dependence of laser-inducedthermoelectric voltages in La1-xCaxMnO3and YBa2Cu3O7-δthin films，P.X.Zhanget al.，Appl.Phys.Lett.，Vol.84，No.21，4026(2002))，但其光響應的脈寬是ms量級，因此無法用於探測和測量雷射脈衝寬度小於ms的脈衝雷射波形。

發明內容
本發明的目的在於克服上述探測器光響應速度慢和響應波段窄的缺陷；提供一種當光照射後直接產生電壓信號，不需要任何輔助的電源和電子電路；並且可以探測雷射的能量、功率和波形，其響應波段從紫外到遠紅外，可響應飛秒脈寬的雷射脈衝，產生電壓脈衝的半寬度可小於2ns，脈衝全寬度可達幾個ns的利用氧化物多層膜材料製作的快響應寬頻段雷射探測器。
本發明的目的是這樣實現的本發明提供的利用氧化物多層膜材料製作的快響應寬頻段雷射探測器，包括氧化物單晶基片為襯底1，在其上外延生長一光響應材料層2，第一電極3、第二電極4和引線6；其特徵在於還包括在襯底1與光響應材料層2之間外延生長一層摻雜氧化物薄膜7，該摻雜氧化物7為摻雜鈦酸鍶或摻雜鈦酸鋇氧化物；所述的光響應層2為摻雜錳酸鑭薄膜，形成摻雜氧化物薄膜7一摻雜錳酸鑭氧化物薄膜異質結；第一電極3設置在摻雜錳酸鑭薄膜2上，第二電極4設置在摻雜鈦酸鍶或摻雜鈦酸鋇7上，兩根電極引線6的一端分別與第一電極3和第二電極4連接，電極引線6的另一端是信號輸出端。
還包括一金屬外殼，將上述晶片安裝在一個金屬外殼內，金屬外殼對外界的電磁幹擾起屏蔽作用。
還包括一電阻5，該電阻5的兩端分別和兩根電極引線6的輸出端連接。所述的電阻5，主要是為了提高響應速度，由於異質結的結構具有電容特性，因此電阻5對雷射照射後產生的電壓起放電作用，其阻值為0.01～1MΩ。
還包括在摻雜氧化物薄膜層7上外延生長一絕緣層8，摻雜錳酸鑭薄膜2外延生長在絕緣層8上，形成摻雜氧化物-絕緣層-摻雜錳酸鑭氧化物異質結。
還包括在襯底1的一面外延生長一層摻雜鈦酸鍶或摻雜鈦酸鋇或摻雜錳酸鑭作為摻雜氧化物薄膜7，在氧化物單晶基片為底1的另一面外延生長摻雜錳酸鑭薄膜，形成摻雜氧化物-氧化物襯底-摻雜錳酸鑭氧化物異質結。
所述的氧化物單晶基片襯底1包括鋁酸鑭(LaAlO3)、鈦酸鍶(SrTiO3)、鈦酸鋇(BaTiO3)、氧化鋯(ZrO2)、鋁酸鑭(LaAlO3)或氧化鎂(MgO)。
所述的絕緣層7包括鋁酸鑭(LaAlO3)、鈦酸鍶(SrTiO3)、鈦酸鋇(BaTiO3)、氧化鋯(ZrO2)、錳酸鑭(LaMnO3)或氧化鎂(MgO)，絕緣層的厚度為1nm～500nm。
所述的摻雜的BaTiO3包括n型鈦酸鋇BaAxTi1-xO3或Ba1-xLaxTiO3薄膜材料，其中A是Nb或Ta；p型鈦酸鋇BaBxTi1-xO3，其中B是In、Ga或Mn；所有x的取值範圍為0.005～0.5。
所述的摻雜的SrTiO3包括n型鈦酸鍶SrAxTi1-xO3或Sr1-xLaxTiO3薄膜材料，其中A是Nb或Ta；p型鈦酸鍶SrBxTi1-xO3，其中B是In、Ga或Mn；所有x的取值範圍為0.005～0.5。
所述的摻雜錳酸鑭薄膜層是R1-xAxMnO3，摻雜錳酸鑭薄膜2的厚度為0.8nm～2μm；其中R包括La、Pr、Nd或Sm；其中A包括Sr、Ca、Ba、Pb、Sn、Te、Nb、Sb、Ta、Ce或Pr；其x值為0.05～0.4。
所述的電極3可以是一個點，或是一條線，也可以是圍繞摻雜錳酸鑭薄膜2邊緣的一個圓圈。第二電極4連接在摻雜氧化物薄膜上，可以採用化學腐蝕或離子束刻蝕方法或在制膜時用檔板等方法在樣品的邊緣顯露出摻雜氧化物的一個點露出一條邊，或留出外沿的一個圈，用於連接電極4。第一電極3和第二電極4可以用銦或焊錫直接焊接，也可以用真空鍍膜或磁控濺射等方法蒸鍍金、銀或鋁電極。
無論是摻雜氧化物-摻雜錳酸鑭兩層結構的雷射探測器，還是摻雜氧化物-絕緣層-摻雜錳酸鑭三層結構的雷射探測器，或摻雜氧化物-氧化物襯底-摻雜錳酸鑭結構的雷射探測器，對於探測雷射的效果是一致的。當脈衝雷射照射到摻雜錳酸鑭薄膜的表面時，摻雜錳酸鑭薄膜吸收雷射脈衝後，就會在摻雜氧化物7和摻雜錳酸鑭2之間產生電壓信號，此效應稱之為光生伏特效應。無論是兩層結構還是三層結構，在摻雜氧化物和摻雜錳酸鑭之間都存在一個結電容，因此在摻雜氧化物7和摻雜錳酸鑭2之間並聯一個電阻5，起放電作用，減小放電時間和消除結電容對響應速度的影響。如果不考慮脈衝雷射所產生脈衝電壓信號的寬度，也可以不連接電阻5。
本發明提供的利用氧化物多層膜材料製作的快響應寬頻段雷射探測器，其優點在於，可以用雷射分子束外延、脈衝雷射沉積、磁控濺射和粘膠法等制膜方法，直接把摻雜氧化物、絕緣層和光響應層摻雜錳酸鑭外延生長在氧化物單晶基片襯底上，或直接把摻雜氧化物、摻雜錳酸鑭絕緣層和一光響應材料層2作成的晶片，製作兩電極就成為一光生伏特型光電探測器；該製備方法簡單。該光電探測器當光照射後直接產生電壓信號，不需要任何輔助的電源和電子電路。可以探測雷射能量、雷射功率、雷射脈衝波形等多種雷射參數。該光電探測器的響應波段從紫外到遠紅外，是一種快響應寬頻段雷射探測器。探測過程是一個超快過程，光生伏特所產生脈衝電壓信號的前沿達到ns量級，不僅可探測飛秒脈寬的雷射能量，而且可探測ns脈寬的雷射波形。一個mJ的雷射脈衝可產生上百mV的電壓信號，具有很高的靈敏度。因此本發明提供的利用氧化物多層膜材料製作的雷射探測器，在軍事、國防、科研、生產和生活等方面均有廣泛的應用。


圖1.摻雜氧化物-摻雜錳酸鑭兩層結構的雷射探測器。
圖2.摻雜氧化物-絕緣層-摻雜錳酸鑭三層結構的雷射探測器。
圖3.摻雜氧化物-氧化物襯底-摻雜錳酸鑭三層結構的雷射探測器。
圖4.用500兆示波器儲存記錄的La0.7Sr0.3MnO3/SrNb0.01Ti0.99O3兩層結構雷射探測器，測量YAG雷射器輸出波長1.06μm、脈寬25ps雷射脈衝所產生的電壓信號。
圖5.用500兆示波器儲存記錄的La0.7Sr0.3MnO3/SrTiO3/SrNb0.01Ti0.99O3三層結構雷射探測器，測量YAG三倍頻雷射器輸出波長355nm、脈寬15ps雷射脈衝所產生的電壓信號。
圖面說明如下1-氧化物單晶基片襯底； 2-光響應材料層； 3-第一電極；4-第二電極； 5-電阻； 6-電極引線；7-摻雜氧化物； 8-絕緣層。
具體實施例方式
實施例1參考圖1，製備摻雜氧化物-摻雜錳酸鑭兩層結構的雷射探測器，下面結合具體製備過程，來對本發明利用氧化物多層膜材料製作的快響應寬頻段雷射探測器結構進行詳細地說明。選用雷射分子束外延設備，襯底1為3×3cm2大小的SrTiO3單晶基片，採用SrNb0.1Ti0.9O3摻鈮鈦酸鍶的靶，將其SrNb0.1Ti0.9O3摻鈮鈦酸鍶外延生長在襯底1上做為摻雜氧化物薄膜7，再在摻雜氧化物SrNb0.1Ti0.9O3薄膜層7上外延生長300nm厚的La0.7Sr0.3MnO3光響應材料層2，這樣在SrTiO3氧化物襯底1上形成La0.7Sr0.3MnO3/SrNb0.1Ti0.9O3/SrTiO3摻雜氧化物-摻雜錳酸鑭兩層結構的雷射探測器。把製作好的樣品切割1×1cm2大小片子作為探測器晶片，用離子束刻蝕技術在探測器芯的一個角把La0.7Sr0.3MnO3刻蝕出一個φ2mm的圓，刻蝕顯露出摻鈮鈦酸鍶膜面，用銦在摻鈮鈦酸鍶薄膜7的邊緣焊接約為φ1mm大小的第二電極4，用銦在La0.7Sr0.3MnO3薄膜的一個角表面焊接約為φ1mm的第一電極3；用兩根φ0.1mm的銅線作電極引線6，並用銦把兩根φ0.1mm銅電極引線6的一端分別焊接在第一電極3和第二電極4上；選用2Ω的電阻作電阻5，並將其兩端分別與兩根電極引線6的輸出端焊接；這樣探測器芯就製備完成，把探測器芯裝入一個鋁材的探測器外殼內，用同軸電纜接頭引出輸出端。
選用500兆示波器，用上述實施例1製備的兩層氧化物薄膜材料雷射探測器，測量YAG雷射器輸出波長1.06μm、脈寬25ps的雷射脈衝，圖4是用示波器儲存記錄探測器一個雷射脈衝，所產生的電壓信號波形。
電壓信號的前沿上升時間僅為～1.5ns，半寬度僅為～3ns，1mJ的雷射能量可上百mV的電壓信號。因此，該探測器不僅是一個超快過程，而且具有很高的靈敏度。
實施例2按實施例1的結構製作，只是改用SrNb0.005Ti0.995O3代替SrNb0.1Ti0.9O3作摻雜氧化物薄膜7，製備摻雜氧化物-摻雜錳酸鑭兩層結構的雷射探測器。
實施例3按實施例1的結構製作，只是用SrNb0.5Ti0.95O3代替SrNb0.1Ti0.9O3作摻雜氧化物薄膜7，製備摻雜氧化物-摻雜錳酸鑭兩層結構的雷射探測器。
實施例4按實施例1的結構製作，只是用BaNb0.1Ti0.9O3代替SrNb0.1Ti0.9O3作摻雜氧化物薄膜7，製備摻雜氧化物-摻雜錳酸鑭兩層結構的雷射探測器。
實施例5按實施例1的結構製作，只是用BaIn0.1Ti0.9O3代替SrNb0.1Ti0.9O3作摻雜氧化物薄膜7，製備摻雜氧化物-摻雜錳酸鑭兩層結構的雷射探測器。
實施例6按實施例1的結構製作，只是用La0.05Sr0.95MnO3代替La0.7Sr0.3MnO3作摻雜氧化物薄膜7，製備摻雜氧化物-摻雜錳酸鑭兩層結構的雷射探測器。
實施例8按實施例1的結構製作，只是用La0.05Sr0.95MnO3代替La0.7Sr0.3MnO3作摻雜氧化物薄膜7，製備摻雜氧化物-摻雜錳酸鑭兩層結構的雷射探測器。
實施例9按實施例1的結構製作，只是用La0.7Ba0.3MnO3代替La0.7Sr0.3MnO3作摻雜氧化物薄膜7，製備摻雜氧化物-摻雜錳酸鑭兩層結構的雷射探測器。
實施例10按實施例1的結構製作，只是用La0.7Ga0.3MnO3代替La0.7Sr0.3MnO3作摻雜氧化物薄膜7，製備摻雜氧化物-摻雜錳酸鑭兩層結構的雷射探測器。
實施例11按實施例1的結構製作，用化學腐蝕法在探測器芯的一個邊把La0.7Sr0.3MnO3腐蝕出2mm寬的一條線，刻蝕顯露出摻鈮鈦酸鍶膜面，用銦在摻鈮鈦酸鍶7的邊緣焊接寬為1mm的第二電極4，製備出摻雜氧化物-摻雜錳酸鑭兩層結構的雷射探測器。
實施例12在實施例1的結構製作，用LaAlO3氧化物單晶基片代替SrTiO3氧化物單晶基片作為襯底1，製備摻雜氧化物-摻雜錳酸鑭兩層結構的雷射探測器。
實施例13按實施例1的結構製作，用MgO單晶基片代替SrTiO3氧化物單晶基片作為襯底1，製備摻雜氧化物-摻雜錳酸鑭兩層結構的雷射探測器。
實施例14按實施例1的結構製作，用ZrO2單晶基片代替SrTiO3氧化物單晶基片作為襯底1，製備摻雜氧化物-摻雜錳酸鑭兩層結構的雷射探測器。
實施例15按實施例1製作，用ZrO2單晶基片代替SrTiO3氧化物單晶基片作為襯底1，製備出摻雜氧化物-摻雜錳酸鑭兩層結構的雷射探測器。
實施例16按實施例11的結構製作，用化學腐蝕法在探測器芯的一個邊把La0.7Sr0.3MnO腐蝕出2mm寬的一條線，腐蝕顯露出摻鈮鈦酸鍶膜面，用磁控濺射裝置，在2mm寬的La0.7Sr0.3MnO3膜面上濺射0.5mm寬的銀作為第一電極3，製備出摻雜氧化物-摻雜錳酸鑭兩層結構的雷射探測器。
實施例17參考圖2，製備摻雜氧化物-絕緣層-摻雜錳酸鑭三層結構的雷射探測器，下面結合具體製備過程對本實施例的結構進行詳細地說明。選用雷射分子束外延設備，在2cm×2cm大小的SrTiO3襯底1上，先外延500nm厚的SrNb0.1Ti0.9O3薄膜作摻雜氧化物7，在SrNb0.1Ti0.9O3摻雜氧化物7上外延生長200nm厚的SrTiO3作絕緣層8，再在絕緣層SrTiO3薄膜8上外延生長300nm厚的La0.7Sr0.3MnO3薄膜作為光響應材料層2，在鈦酸鍶襯底1上形成La0.7Sr0.3MnO3/SrTiO3/SrNb0.1Ti0.9O3三層結構的雷射探測器樣品，再將其切割成尺寸為1×0.5cm2的探測器晶片；用離子束刻蝕技術在探測器晶片的一個角把光響應材料層2La0.7Sr0.3MnO3和絕緣層8SrTiO3兩層薄膜刻蝕出φ2mm的一個圓，刻蝕顯露出SrNb0.1Ti0.9O3摻鈮鈦酸鍶膜面，用銦在摻鈮鈦酸鍶薄膜7的φ2mm圓面上焊接約為φ1mm銦的第二電極4，用銦在La0.7Sr0.3MnO3薄膜層2一個角表面處焊接約為φ1mm圓的第一電極3；用兩根φ0.2mm的銅線作電極引線6，並用銦把兩根φ0.1mm銅電極引線6的一端分別焊接在第一電極3和第二電極4上；選用0.01Ω的導線作電阻5，並將其兩端分別與兩根電極引線6的輸出端焊接；這樣探測器芯就製備完備，把探測器芯裝入一個銅探測器外殼內，用同軸電纜接頭引出輸出端。
選用500兆示波器，用本實施例在鈦酸鍶襯底上外延生長的La0.7Sr0.3MnO3/SrTiO3/SrNb0.1Ti0.9O3三層結構雷射探測器，測量YAG三倍頻雷射器輸出波長355nm、脈寬15ps的雷射脈衝。圖4是用示波器儲存記錄探測器一個雷射脈衝，所產生的電壓信號波形。從圖4可看出，脈衝雷射所產生電壓信號的前沿上升時間僅為～1.5ns，半寬度僅為～3ns，1mJ的雷射能量可上百mV的電壓信號。因此，三層結構的探測器和兩層結構的探測器一樣，不僅是一個超快過程，而且具有很高的靈敏度。
實施例18按實施例17的結構製作，在摻雜氧化物薄膜層7上生長一層1nm厚的LaAlO3薄膜作為絕緣層8，其餘結構同實施例17，即在鈦酸鍶襯底1上製備La0.7Sr0.3MnO3/LaAlO3/SrNb0.1Ti0.9O3三層結構雷射探測器。
實施例19按實施例17的結構製作，用500nm厚的ZrO薄膜作為絕緣層8，即在鈦酸鍶襯底1上製備La0.7Sr0.3MnO3/ZrO/SrNb0.1Ti0.9O3三層結構雷射探測器。
實施例20按實施例17的結構製作，用50nm厚的MgO薄膜作絕緣層8，即在鈦酸鍶襯底1上製備La0.7Sr0.3MnO3/MgO/SrNb0.1Ti0.9O3三層結構雷射探測器。
實施例21採用脈衝雷射制膜方法，按實施例17的結構製作，製作在鈦酸鍶襯底上外延生長的La0.7Sr0.3MnO3/SrTiO3/SrNb0.1Ti0.9O3三層結構雷射探測器。
實施例22採用磁控濺射制膜方法，按實施例17的結構製作，製作在鈦酸鍶襯底上外延生長的La0.7Sr0.3MnO3/SrTiO3/SrNb0.1Ti0.9O3三層結構雷射探測器。
實施例23按實施例17的結構製作，用400nm厚的La0.7Sr0.3MnO3代替500nm厚的SrNb0.1Ti0.9O3薄膜作摻雜氧化物7，在鈦酸鍶襯底1上製備La0.7Sr0.3MnO3/SrTiO3/La0.7Sr0.3MnO3三層結構雷射探測器。
實施例24
按實施例17的結構製作，用400nm厚的BaNb0.3Ti0.7O3代替500nm厚的SrNb0.1Ti0.9O3薄膜作摻雜氧化物7，在鈦酸鍶襯底1上製備La0.7Sr0.3MnO3/SrTiO3/BaNb0.3Ti0.7O3三層結構雷射探測器。
實施例25參考圖3，製備摻雜氧化物-氧化物襯底-摻雜錳酸鑭三層結構的雷射探測器，結合下面具體製備過程，對本實施例的結構進行詳細地說明。選用雷射分子束外延設備，在雙面拋光的2英寸大小的SrTiO3襯底1的一個面上，外延500nm厚的SrNb0.3Ti0.7O3薄膜作摻雜氧化物7，在SrTiO3襯底1的另一個面上外延生長300nm厚的La0.8Ca0.2MnO3薄膜光響應材料層2，形成La0.8Ca0.2MnO3/SrTiO3/SrNb0.3Ti0.7O3摻雜氧化物-氧化物襯底-摻雜錳酸鑭三層結構的雷射探測器樣品，將其切割成尺寸為1×1cm2的探測器晶片。用銦在SrNb0.3Ti0.7O3摻鈮鈦酸鍶7的面上焊接約為φ2mm的第二電極4，用銦在La0.8Ca0.2MnO3薄膜光響應層2一個角表面處焊接約為φ1mm的第一電極3；用兩根φ0.2mm的銅線作電極引線6，並用銦把兩根φ0.1mm銅電極引線6的一端分別焊接在第一電極3和第二電極4上；選用1KΩ的電阻作電阻5，並將其兩端分別與兩根電極引線6的輸出端焊接；這樣探測器芯就製備完備，把探測器芯裝入一個銅探測器外殼內，用同軸電纜接頭引出輸出端。
實施例26按實施例25的結構製作，選用LaAlO3氧化物單晶基片作為襯底1，在用LaAlO3襯底1上製備La0.8Ca0.2MnO3/LaAlO3/SrNb0.3Ti0.7O3摻雜氧化物-氧化物襯底-摻雜錳酸鑭三層結構的雷射探測器。
實施例27按實施例25的結構製作，用MgO代替SrTiO3作氧化物襯底1，在用MgO襯底1上製備La0.8Ca0.2MnO3/MgO/SrNb0.3Ti0.7O3摻雜氧化物-氧化物襯底-摻雜錳酸鑭三層結構的雷射探測器。
實施例28按實施例25的結構製作，用400nm厚的BaNb0.3Ti0.7O3代替500nm厚的SrNb0.3Ti0.7O3薄膜作摻雜氧化物7，製備La0.8Ca0.2MnO3/SrTiO3/BaNb0.3Ti0.7O3摻雜氧化物-氧化物襯底-摻雜錳酸鑭三層結構的雷射探測器樣品。
實施例29按實施例25的結構製作，用200nm厚的La0.8Ca0.2MnO3代替500nm厚的SrNb0.3Ti0.7O3薄膜作摻雜氧化物7，製備La0.8Ca0.2MnO3/SrTiO3/La0.8Ca0.2MnO3摻雜氧化物-氧化物襯底-摻雜錳酸鑭三層結構的雷射探測器樣品。
權利要求
1.一種利用氧化物多層膜材料製作的快響應寬頻段雷射探測器，包括一氧化物單晶基片的襯底(1)、光響應材料層(2)、第一電極(3)、第二電極(4)和引線(6)；其特徵在於還包括一外延生長摻雜氧化物薄膜(7)；該摻雜氧化物薄膜(7)設置在襯底(1)和光響應材料層(2)之間；該摻雜氧化物薄膜(7)為摻雜鈦酸鍶或摻雜鈦酸鋇薄膜，光響應層(2)為摻雜錳酸鑭薄膜層，形成摻雜氧化物-摻雜錳酸鑭兩層結構的晶片；第一電極(3)設置在摻雜錳酸鑭薄膜(2)上，第二電極(4)設置在摻雜氧化物(7)上，兩根電極引線(6)的一端分別與第一電極(3)和第二電極(4)連接，電極引線(6)的另一端是信號輸出端。
2.一種利用氧化物多層膜材料製作的快響應寬頻段雷射探測器，包括一氧化物單晶基片的襯底(1)、光響應材料層(2)、第一電極(3)、第二電極(4)和引線(6)；其特徵在於還包括在氧化物單晶基片襯底(1)上外延生長-摻雜氧化物薄膜層(7)，在摻雜氧化物薄膜層(7)上外延生長-絕緣層(8)，摻雜錳酸鑭薄膜(2)外延生長在絕緣層(8)上，形成摻雜氧化物-絕緣層-摻雜錳酸鑭三層結構的晶片；第一電極(3)設置在上面的摻雜錳酸鑭薄膜(2)上，第二電極(4)設置在下面的摻雜氧化物薄膜(7)上，兩根電極引線(6)的一端分別與第一電極(3)和第二電極(4)連接，兩根電極引線(6)的另一端是信號輸出端，電阻(5)的兩端分別和電極引線(6)的輸出端連接。
3.一種利用氧化物多層膜材料製作的快響應寬頻段雷射探測器，包括一氧化物單晶基片的襯底(1)、光響應材料層(2)、第一電極(3)、第二電極(4)和引線(6)；其特徵在於還包括在氧化物單晶基片襯底(1)的一面上外延生長一摻雜氧化物薄膜層(7)，在氧化物單晶基片襯底(1)的另一面上外延生長一光響應材料層摻雜錳酸鑭薄膜(2)，形成摻雜氧化物-氧化物襯底-摻雜錳酸鑭三層結構的晶片；第一電極(3)設置在上面的摻雜錳酸鑭薄膜(2)上，第二電極(4)設置在下面的摻雜氧化物薄膜(7)上，兩根電極引線(6)的一端分別與第一電極(3)和第二電極(4)連接，兩根電極引線(6)的另一端是信號輸出端，電阻(5)的兩端分別和電極引線(6)的輸出端連接。
4.按權利要求1、2或3所述的利用異質結材料製作的快響應寬頻段雷射探測器，其特徵在於還包括一電阻(5)；電阻(5)的兩端分別和兩根電極引線(6)的信號輸出端連接。
5.按權利要求1、2或3所述的任一項利用氧化物多層膜材料製作的快響應寬頻段雷射探測器，其特徵在於所述的氧化物單晶基片襯底，包括鈦酸鍶、鈦酸鋇、鋁酸鑭、氧化鎂或氧化鋯．
6.按權利要求1、2或3所述的任一項利用氧化物多層膜材料製作的快響應寬頻段雷射探測器，其特徵在於所述的摻雜錳酸鑭薄膜層是R1-xAxMnO3，其中R包括La、Pr、Nd或Sm；A包括Sr、Ca、Ba、Pb、Sn、Te、Nb、Sb、Ta、Ce或Pr；其x值為0.05～0.4；，摻雜錳酸鑭薄膜(2)的厚度為0.8nm～2μm。
7.按權利要求2所述的利用氧化物多層膜材料製作的快響應寬頻段雷射探測器，其特徵在於所述的絕緣層(7)包括鋁酸鑭、鈦酸鍶、鈦酸鋇、氧化鋯、錳酸鑭或氧化鎂。絕緣層(7)的厚度為10nm～500nm。
8.按權利要求1、2或3所述的任一項利用氧化物多層膜材料製作的快響應寬頻段雷射探測器，其特徵在於所述的摻雜氧化物薄膜層是摻雜鈦酸鍶或摻雜鈦酸鋇；摻雜的BaTiO3包括n型鈦酸鋇BaAxTi1-xO3或Ba1-xLaxTiO3薄膜材料，其中A是Nb或Ta；p型鈦酸鋇BaBxTi1-xO3，其中B是In、Ga或Mn；所有x的取值範圍為0.005～0.5；摻雜的SrTiO3包括n型鈦酸鍶SrAxTi1-xO3或Sr1-xLaxTiO3薄膜材料，其中A是Nb或Ta；p型鈦酸鍶SrBxTi1-xO3，其中B是In、Ga或Mn；所有x的取值範圍為0.005～0.5。
9.按權利要求1、2或3所述的任一項利用氧化物多層膜材料製作的快響應寬頻段雷射探測器，其特徵在於所述的摻雜氧化物薄膜層還包括摻雜錳酸鑭R1-xAxMnO3，其中R包括La、Pr、Nd或Sm；其中A包括Sr、Ca、Ba、Pb、Sn、Te、Nb、Sb、Ta、Ce或Pr；其x值為0.05～0.4。
10.按權利要求1、2或3所述的任意一項利用氧化物多層膜材料製作的快響應寬頻段雷射探測器，其特徵在於所述的第一電極(3)包括用銦或焊錫直接焊接，或用真空鍍膜或磁控濺射方法作成一個點、一條線，或是圍繞摻雜錳酸鑭薄膜邊緣的一個圈的金、銀或鋁電極。
11.按權利要求1、2或3所述的任意一項利用氧化物多層膜材料製作的快響應寬頻段雷射探測器，其特徵在於所述的第二電極(4)連接在摻雜氧化物薄膜上，可以採用化學腐蝕方法、離子束刻蝕方法或在制膜方法時用檔板在樣品的邊緣顯露出摻雜氧化物的一個點，或露出一條邊，或留出外沿的一個圈，用於連接電極(4)；第二電極(4)用銦或焊錫直接焊接，或用真空鍍膜或磁控濺射方法蒸鍍金、銀或鋁電極。
12.按權利要求4所述的具有快響應寬頻段雷射探測器，其特徵在於電阻5其阻值為0.01～1MΩ。
全文摘要
本發明涉及利用氧化物多層膜材料製作的快響應寬頻段雷射探測器，包括一由在氧化物單晶基片的襯底的一面上外延生長摻雜氧化物和光響應材料層作成的晶片，摻雜氧化物為外延生長在氧化物單晶襯底上的摻雜鈦酸鍶或摻雜鈦酸鋇；光響應層為摻雜錳酸鑭薄膜層；第一電極設置在摻雜錳酸鑭薄膜上，第二電極設置在摻雜氧化物上，兩根電極引線的一端分別與第一電極和第二電極連接，電極引線的另一端是信號輸出端。該探測器為光生伏特型光電探測器，當光照射後直接產生電壓信號，不需要任何輔助的電源和電子電路。其響應波段從紫外到遠紅外，可響應飛秒脈寬的雷射脈衝，雷射脈衝產生電壓脈衝的前沿小於1.5ns，半寬度小於2ns，脈衝全寬度僅為幾個ns。
文檔編號G01J11/00GK1727854SQ20041007117
公開日2006年2月1日 申請日期2004年7月30日 優先權日2004年7月30日
發明者呂惠賓, 黃延紅, 何萌, 郭海中, 程波林, 金奎娟, 陳正豪, 周嶽亮, 楊國楨 申請人:中國科學院物理研究所