一種層狀氧化物多晶陶瓷的熱輻射探測器的製作方法
2023-11-03 12:04:47 1
專利名稱：一種層狀氧化物多晶陶瓷的熱輻射探測器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種層狀氧化物多晶陶瓷的熱輻射探測器，屬於光、熱感生電壓材料和器件技術領域。
背景技術：
光電探測器主要有光子探測器和熱探測器兩大類。光子型探測器是基於半導體材料的光電效應，當輻射光子能量大於材料禁帶與導帶之間的帶隙寬度時，禁帶電子會吸收光子躍遷到導帶形成自由電子，產生電信號。如Si-APD紅外單光子探測器，NbN薄膜紅外單光子探測器。這類探測器通常有很快的時間響應，但受帶隙寬度的限制，不能在寬的光譜範圍內工作，並且需要加偏壓或偏流，造成暗電流、熱噪音幹擾，需要製冷。熱探測器首先將輻射能量轉化成熱能，再將熱能轉化成其他形式的電能，產生電信號。如摻雜的BaTiO3半導體陶瓷製作的正溫度係數熱敏電阻器，硫酸三甘肽(TGS)熱釋電器件等。這類器件可以在很寬的輻射波長範圍內工作，不用製冷，但是需要較長的時間達到熱平衡，響應時間慢；能量要經過熱能，電能兩重轉化，轉化效率低，靈敏度不高。基於薄膜材料kebeck張量的各向異性的新型熱探測器，都是採用在傾斜襯底上外延生長的YBa2Cu3CVs，LahCaxMnO3薄膜。當光熱輻射薄膜表面時，薄膜沿厚度方向產生溫度梯度，由張量的各向異性，將在薄膜表面產生電壓信號。其優點是在紅外到紫外(0. 19 μ m -11 μ m)光譜範圍內都有高的響應信號，響應時間可以達到幾十ns。但是薄膜的製備工藝複雜，對襯底要求高，成本高；二維薄膜結構不穩定，熱容量小，在光熱輻射等外力作用下結構容易損壞。
發明內容
本發明的目的在解決現有技術的不足，提供一種製備工藝簡單，成本低，結構穩定，熱容量大，器件簡略，可以在很寬的光譜範圍內工作，不需要施加任何偏壓、偏流的光、 熱輻射感生電壓的材料的層狀氧化物多晶陶瓷熱輻射探測器。本發明的技術方案是選取層狀Co基氧化物AxCoyOz多晶陶瓷作為光、熱輻射感生電壓材料。其中A為Na、Ca、Bi和Sr 一種或者任意幾種組合，x=0. 5 3，y=l 4，z=2 9。這類氧化物kebeck張量的各向異性可以高達100μν/Κ。對於層狀結構的多晶，通過固相燒結方法來製備具有很好的擇優一致排布的晶粒，接著構造10 60°傾斜角的斜面，在斜面上連接兩個電極(按照圖1連接電路)，當雷射垂直斜面入射多晶時，會在厚度方向產生溫度梯度，由於kebeck張量的各向異性，多晶斜面上將產生一個電壓信號。本發明的有益效果是利用層狀鈷基氧化物多晶陶瓷來製備熱電探測器，具有製備工藝簡單，成本低，體量大，熱容量大，可以在很寬的光譜範圍內工作，不需要施加任何偏壓、偏流，器件簡略的優點。在工業廢熱、森林火源和隱蔽火源的尋找，目標探測等應用上具有很大的前景。
圖1是本發明多晶樣品的光、熱輻射感生電壓測量原理圖。圖2是本發明在傾斜角為17°的Naa7CoO2多晶的光感生電壓信號曲線。
具體實施例方式實施例1
在圖1中選取層狀Co基氧化物AxCoyOz作為光、熱輻射感生電壓材料。其中A為Na、 Ca、Bi、Sr及其組合，x=0. 7，y=l, z=2。利用固相燒結法製備具有高度擇優取向的層狀鈷基氧化物多晶塊，用砂紙沿17°傾斜角打磨出斜面，在傾斜方向接兩個電極。按照圖1連接電路；用光、熱輻射多晶斜面，則在傾斜方向產生光感生電壓，得到電壓信號，形成相應的圖像。圖2為傾斜角為17°的NaxCc^2多晶在脈衝寬度為^ns，波長為MSnm的紫外雷射照射下得到的光感生電壓圖像。NaxCc^2多晶信號峰值達到0. 5V，上升沿為30ns。實施例2:
在圖1中選取層狀Co基氧化物AxCoyOz作為光、熱輻射感生電壓材料。其中A為Na、 Ca, Bi, Sr及其組合，x=0. 5，y=3, z=5。利用固相燒結法製備具有高度擇優取向的層狀鈷基氧化物多晶塊，用砂紙沿10°傾斜角打磨出斜面，在傾斜方向接兩個電極。按照圖1連接電路，用光、熱輻射多晶斜面，則在傾斜方向產生光感生電壓，得到電壓信號，形成相應的圖像。實施例3:
在圖1中選取層狀Co基氧化*AxCoy0z作為光、熱輻射感生電壓材料。其中A為Na、Ca、 Bi、Sr及其組合，x=3，y=4，z=9。利用固相燒結法製備具有高度擇優取向的層狀鈷基氧化物多晶塊，用砂紙沿60°傾斜角打磨出斜面，在傾斜方向接兩個電極。按照圖1連接電路，用光、熱輻射多晶斜面，則在傾斜方向產生光感生電壓，得到電壓信號，形成相應的圖像。
權利要求
1.根據權利要求1所述的層狀氧化物多晶陶瓷的熱輻射探測器，其特徵是層狀多晶結構存在具有一定傾角的斜面，斜面上連接兩個電極。
2.根據權利要求1所述的層狀氧化物多晶陶瓷的熱輻射探測器，其特徵是層狀多晶結構存在10 60°的傾角。
3.根據權利要求1所述的層狀氧化物多晶陶瓷的熱輻射探測器，其特徵是在層狀多晶斜面的傾斜方向的兩端存在兩個分別連接採集和存貯信號的電極。
全文摘要
一種層狀氧化物多晶製成的熱電輻射探測器件。它是選取層狀Co基氧化物AxCoyOz多晶作為光熱輻射感生電壓材料，層狀多晶結構存在10～60°的傾角。其特點是製備工藝簡單，成本低，結構穩定，響應時間快，可以在寬光譜(0.19μm～11μm)工作，工作流程簡便，節約能源。在工業技術領域、生活領域的脈衝光熱信號響應，工業廢熱利用，熱源探測等方面具有很大的應用。
文檔編號H01L35/28GK102359820SQ201110292978
公開日2012年2月22日 申請日期2011年9月30日 優先權日2011年9月30日
發明者張輝, 張鵬翔, 晏國文, 王勇, 虞瀾 申請人:昆明理工大學