用掺杂氧化物和硅异质结材料制的超快宽波段光探测器制造技术

本发明专利技术涉及利用掺杂氧化物和硅异质结材料制作的超快响应、宽频段、高灵敏度和抗辐射光探测器，包括：外壳，光传感器，第一电极，第二电极，两根电极引线，绝缘片，第一金属块，第二金属块和金属螺钉；所述的光传感器是由一个或多个串联的掺杂氧化物和硅异质结材料探测器芯片组成。光传感器被安装在一个金属外壳内，用同轴电缆接头引出输出端。该探测器为光生伏特型光电探测器，当光照射后直接产生电压信号，不需要任何辅助的电源和电子电路。其响应波段从紫外到远红外，可响应飞秒脉宽的激光脉冲，响应速度达到ｐｓ，可探测脉冲宽度为几百个ｐｓ的脉冲激光波形，不仅具有很高的灵敏度，并具有很强的抗辐射能力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种光探测器，特别涉及利用掺杂氧化物和硅异质结材料制作的超快响应、宽频段、高灵敏度和抗辐射光探测器。
技术介绍
对于光的能量、功率、脉宽和波形等的探测，在科研、军事、国防、生产和生活中有非常广泛的应用。尽管人们已发展了如热电、光电、热释电等多种不同类型的光探测器，但对于新型光探测器的工作仍是人们感兴趣和一直在进行的工作。本申请人也在这方面获得以下几项激光探测器的专利，例如专利号ZL89202869.6；专利号ZL89220541.5；专利号ZL90202337.3，专利号ZL90205920.3；但是上述几项专利的探测器均采用压电材料制作的，该探测器光响应不够快。本申请人还申请了采用氧化物和硅的异质结的光探测器专利，例如专利申请号200410069052.0；专利申请号200510071811.1；专利申请号200510071810.7；尽管上述几项专利的响应时间和灵敏度较前均有提高，但还是不能满足很多工作的要求，特别是科研和军事上的一些特殊应用。另外，由于制作探测器用的薄膜材料抗辐射能力有限，对于高功率和大能量的测量，探测器芯往往容易损伤。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述探测器光响应速度还不够快、灵敏度还不够高和探测器芯易受损伤等缺点，提供一种利用掺杂氧化物和硅异质结材料做成探测器芯片，或将一个或N个探测器芯片串联，被探测光从探测器芯片的侧面入射，当光照射后直接产生电压信号，不需要任何辅助的电源和电子电路的超快高灵敏度耐辐射的光探测器；该光探测器可以探测光的能量、功率和波形，其响应波段从紫外到近红外，可响应飞秒脉宽的激光脉冲，响应时间达到皮秒。本专利技术的目的是这样实现的本专利技术提供的超快宽波段高灵敏度光探测器，包括光传感器芯片1，在光传感器芯片1的硅衬底上制作第二电极3，在芯片1的掺杂氧化物薄膜上制作第一电极2，两个电极分别连接第一电极引线4和第二电极引线4′；其特征在于还包括第一金属块8和第二金属块9；第一引线4和第二引线4′可以通过第一金属块8和第二金属块9固定在光传感器芯片1，或者用铟或锡焊接或导电胶将连接；所述的第一电极引线4和第二电极引线4’的一端分别与第一电极2和第二电极3连接，第一电极引线4和第二电极引线4′的另一端是信号输出端；所述的光传感器芯片1是由掺杂氧化物和硅异质结材料制作的，该光传感器芯片1的任意两两相对的侧面作为被探测光从异质结材料的入射面。在上述的技术方案中，还包括光传感器芯片1由N块掺杂氧化物和硅异质结材料制作的光传感器芯片1串联在一起，其中第一个光传感器芯片1的掺杂氧化物表面与第二个光传感器芯片1的硅衬底面接触叠层，叠层后最外面的掺杂氧化物薄膜上的电极为第一电极2，最外面的硅片上的电极为第二电极3。所述的N为2-100块。所述的第二金属块9的形状包括圆形、方形或做成“∪”或“凹”形状的固定架。在上述的技术方案中，还包括一电阻5，其阻值为0.01Ω～1kΩ。该电阻5的两端分别和第一电极引线4和第二电极引线4′的输出端连接。所述的电阻5，主要是为了进一步提高响应速度，由于异质结的结构具有电容特性，因此电阻5对光照射后产生的电压起放电作用，从而进一步提高其响应速度。在上述的技术方案中，还包括绝缘片6，金属块8，金属块9和金属螺钉7；所述的第一金属块8固定在光传感器芯片1第二电极3(或第一电极2)的面上，第一金属块8的另一面与绝缘片6接触，和一个U形的第二金属块9的一端通过金属螺钉7相连接；光传感器芯片1的第一电极2(或第二电极3)通过金属螺钉7′和U形第二金属块9的另一端连接；在第二金属块9内壁与第一金属块8之间连接第一电极引线4和第二电极引线4′，第一电极引线4和第二电极引线4′的另一端头连接电阻5，并在第一电极引线4和第二电极引线4′上引出输出端。在上述的技术方案中，还包括金属外壳，将其安装在一个金属外壳内，用同轴电缆接头引出输出端。在上述的技术方案中，所述的掺杂氧化物和硅异质结材料制成的探测器芯片，包括 在硅片衬底上生长一层掺杂钛酸锶薄膜层是Sr1-xRxTiO3或SrMyTi1-yO3，掺杂钛酸锶薄膜2的厚度为0.8nm～5μm；其中R包括La、Dy、Y、Sm或Gd；其中M包括Nb、Sb、Ta、In、Mn、W、Mg或Fe，其x值为0.005～0.5，y值为0.01～0.5做成芯片；或在硅片衬底上生长一层掺杂钛酸钡薄膜层是Ba1-xQxTiO3或BaNyTi1-yO3，掺杂钛酸钡薄膜2的厚度为0.8nm～5μm；其中Q包括La、Y或Sm；其中N包括Nb、Sb、Ta、In、Mn、Mg或Fe；其x、y值为0.01～0.5做成芯片；或在硅片衬底上生长一层掺杂锰酸镧薄膜层S1-xTxMnO3，掺杂锰酸镧薄膜的厚度为0.8nm～5μm；其中S包括La、Pr、Nd或Sm；其中T包括Sr、Ca、Ba、Pb、Sn、Te、Nb、Sb、Ta、Ce或Pr；其x值为0.01～0.5做成芯片。所述的第一电极2或第二电极3可以用真空镀膜或磁控溅射等方法蒸镀金、银或铝电极，也可以用铟或锡等直接焊接。绝缘块6防止光传感器1的两个电极断路，可以是尼龙、聚四氟乙烯、玻璃钢等绝缘材料。本专利技术提供的利用掺杂氧化物和硅异质结材料制作的超快响应、宽频段、高灵敏度和抗辐射光探测器，其特点在于，所述的光传感器芯片1，可以是一片掺杂氧化物和硅异质结材料制成的探测器芯片，分别从掺杂氧化物薄膜和硅两面引出电极2和电极3；为了进一步提高探测器的灵敏度和增大感光面积，也可以把2个、3个或多个掺杂氧化物和硅异质结材料制成的探测器芯片串联组成。要进行探测器芯片的串联，首先在氧化物和硅异质结材料的两个表面蒸镀金属电极，然后把一个探测器芯片的掺杂氧化物表面与另一个探测器芯片的硅表面接触进行叠层，叠层后最外面的掺杂氧化物薄膜为第一电极2，最外面的硅片为第二电极3。对于用探测器芯片串联组成的光传感器，在进行光探测时，每一个探测器芯片的两端都产生一个光生伏特电压，因此在光传感器的两端得到的电压就是每一个探测器芯片两端电压相加的和。所以利用探测器芯片串联组成的光传感器，不仅接受光的面积增大，灵敏度提高，而且由于探测器芯片串联，使异质结的结电容值减小，探测器的效应会更快。被探测光从异质结的侧面入射，探测器所使用的硅和相关的掺杂氧化物，其禁带宽度基本都在1～1.3eV，可以吸收从紫外到近红外波长的光，同时在掺杂氧化物和硅内形成光生载流子，由于异质结界面势垒的作用，在探测器芯片的两端形成光生伏特电压，是一种光生伏特型光电探测器，不需要任何辅助的外加电源和电子电路。由于是侧面入射，探测器芯片就可以用窄的条形异质结材料制备，因而其电容可以很小，尤其是采用串联组成的光传感器，具有超快的光响应，光生伏特所产生脉冲电压信号的前沿达到ps量级，不仅可探测飞秒脉宽的激光能量，而且可探测几百ps脉宽的激光波形。另外，由于采用侧面入射，当入射光的强度比较大时，既使光传感器1的光入射面有所损伤，探测器的性能也没有大的影响，因此具有较强的抗辐射能力。由于在光传感器之间都存在一个结电容，因此在光传感器的两端并联一个电阻5，起放电作用，减小放电时间和消除结电容对响应速度的影响。如果不考虑脉冲光所产生脉冲电压信号的宽度，也可以不连接电阻5。本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用掺杂氧化物和硅异质结材料制的超快宽波段光探测器，包括：外壳，光传感器芯片（１），在光传感器芯片（１）的硅衬底上制作第二电极（３），在光传感器芯片（１）的掺杂氧化物薄膜上制作第一电极（２），两个电极分别第一电极引线（４）和第二电极引线（４’）；其特征在于：还包括第一金属块（８）和第二金属块（９），第一电极引线（４）和第二电极引线（４’）通过第一金属块（８）和第二金属块（９）固定在光传感器芯片（１），或用铟或锡焊接或导电胶连接；所述的第一电极引线（４）和第二电极引线（４’）的一端分别与第一电极（２）和第二电极（３）连接，第一电极引线（４）和第二电极引线（４’）的另一端是信号输出端；光传感器芯片（１）的两两相对的侧面为被探测光的入射面，光传感器芯片（１）安装在一个金属外壳内，用同轴电缆接头引出输出端。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吕惠宾，何萌，黄延红，赵昆，金奎娟，陈正豪，周岳亮，杨国桢，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]