專利名稱：紫外光探測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請涉及一種紫外光探測器，尤其是涉及一種利用二氧化硅材料制作 的快響應(yīng)的紫外光探測器。
背景技術(shù)：
對于激光能量、功率、脈寬和波形的探測，不僅對激光器件和基礎(chǔ)研究 非常重要，而且在軍事、國防、農(nóng)業(yè)、資源開采、交通等方面也具有非常廣 泛的用途。盡管人們已經(jīng)研究發(fā)展了諸如熱電、光電、熱釋電等各種類型的 激光探測器，但對新型紫外光探測器探索仍是研究的熱點之一。
中國專利申請CN1874009A披露了一種金剛石膜的紫外光探測器。參見 圖1和圖2，其制備方法包括以下的工藝步驟采用<100>硅片作為襯底，用 HF酸超聲清洗5 — 15分鐘，以去除表面的氧化硅層；使用100run大小的金剛 石粉末進行機械研磨5 — 10分鐘，使整個硅襯底表面上產(chǎn)生均勻的劃痕，成 為原始的成核中心；將研磨后的硅片用去離子水核丙酮分別超聲清洗5—15 分鐘，烘干后放入熱絲淀積反應(yīng)室內(nèi)；對反應(yīng)室抽真空后，通入反應(yīng)氣體， 即丙酮與氫氣的混合氣體。丙酮和氫氣的流量分別為50標(biāo)準毫升/分和100標(biāo) 準毫升/分；淀積室的氣壓設(shè)定為lkPa;相對于熱絲，對襯底加30V正向偏壓； 將襯底溫度控制在650—700。C左右；成核30 — 60分鐘；保持丙酮的流量不 變，即50標(biāo)準毫升/分，僅改變氫氣的流量至400標(biāo)準毫升/分；將襯底的正 向偏壓提高到70V;保持襯底溫度在750 — 780。C左右；生長12小時以后， 關(guān)閉丙酮開關(guān)，只通入氫氣，對生長的金剛石膜進行30分鐘的氫氣蝕刻，以 去除膜表面的石墨相，提高薄膜質(zhì)量；將上述制得金剛石薄膜上表面，在LD M150D離子束濺射儀中蒸鍍100 — 500nm厚的金電極，經(jīng)光刻工藝形成指寬和間距均為25微米的叉指狀的電極，并釆用鎂鋁絲引線引出；最后將器件在
氫氣中500。C退火30—60分鐘，以形成良好的歐姆接觸；最終制得金剛石膜 紫外光探測器。但是，該紫外光探測器中使用了非常昂貴的金剛石膜，并采 用了非常復(fù)雜的制備工藝。因此，成本很高，且工藝復(fù)雜。
二氧化硅(Si02)材料廣泛存在于自然界中，由于二氧化硅晶體具有優(yōu) 異的光學(xué)性能，在工業(yè)中廣泛的用于制作光導(dǎo)纖維、光學(xué)儀器、石英玻璃等 器件；而且二氧化硅還具有壓電、介電、雙折射、旋光等特性，常用來制作
各種電子器件及傳感器。由于其豐富的物理和化學(xué)特性，二氧化硅一直是材
料界研究的重要領(lǐng)域之一。如1Dye-Zone， A. Chen and Gang Chen. "Me asurement of silicon dioxide surface phonon-polariton propagation length by attenuated total reflection". Appl. Phys. Lett. , 2007, 91: 121906;2D. L elmini， A.S. Spinelli, M. Beretta et al， "Different types of defects in silicon dioxide characterized by their transient behavior". J. Appl. Phys" 2001, 89 (7):4189~4191 。迄今為止還沒有將二氧化硅材料用作紫外光探測器的相關(guān)報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種紫外光探測器，利用常規(guī)材料二氧化硅制 作，并具有響應(yīng)速度快、且結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種紫外光探測器，包括 一個二氧化 硅光傳感器芯片，兩個電極和兩個輸出端，其中兩個電極位于二氧化硅光傳 感器芯片的一個側(cè)面上，每個輸出端分別連接一個電極。
其中，在一個電極和與該電極連接的輸出端之間串聯(lián)有電源，在兩個輸 出端之間并聯(lián)有電阻。
其中，所述電源為0—200V可調(diào)的直流電源，所述電阻為lkQ—50MQ。
其中，所述二氧化硅光傳感芯片由二氧化硅單晶片、二氧化硅單晶膜或 二氧化硅多晶膜制成。其中，所述二氧化硅單晶片為取向為<100>、 <101>、 <110>或<111>。
其中，所述二氧化硅單晶片的幾何尺寸為10mmx5mmx0.5mm。
其中，所述二氧化硅單晶膜的厚度為lnm。
其中，所述二氧化硅多晶膜的厚度為l|im。
其中，所述電極由鉑、金、銀、鋁、銦或錫制成。
其中，所述電極為線狀電極、插指電極或圓形電極。
本發(fā)明實施例的有益效果在于，本發(fā)明利用常見的二氧化硅材料制作 出如圖l所示的結(jié)構(gòu)的紫外光探測器。此光探測器的結(jié)構(gòu)簡單，以波長為40 Onm以下的紫外脈沖激光做探測光源，激光每個脈沖能量為0.28mJ，光束的 面積一個平方厘米，避開電極照在薄膜上，兩端用示波器測量得到大約1 3mV的直接電壓輸出(可見光照射下無光生伏特信號)，其響應(yīng)速度可以 達到ns量級。該基本的光探測器單元的光生伏特信號如圖4所示。
上述的光生伏特效應(yīng)對于脈沖光和開路式結(jié)構(gòu)的探測器是十分方便的， 但對于連續(xù)和很弱光束的探測，其靈敏度就不夠高，為了進一步提高探測 連續(xù)和微弱光束的靈敏度而采用了有源式結(jié)構(gòu)。
該光探測器首次實現(xiàn)了利用常見的二氧化硅材料觀測到紫外光激發(fā)的 光生伏特信號，制成基本的光探測器單元，拓展了二氧化硅單晶片或者二 氧化硅單晶、多晶薄膜應(yīng)用范圍。
本發(fā)明的制備方法簡單，所需的電極薄膜可以用化學(xué)氣相沉積設(shè)備、脈 沖激光沉積設(shè)備、濺射設(shè)備、其他的薄膜沉積設(shè)備就可以制備高質(zhì)量的金 屬性薄膜。


此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，構(gòu)成本申請的一部 分，并不構(gòu)成對本發(fā)明的限定。在附圖中
圖l是現(xiàn)有技術(shù)的紫外光探測器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖l是現(xiàn)有技術(shù)的紫外光探測器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是現(xiàn)有技術(shù)的紫外光探測器的俯視圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明一實施方式的開路式紫外光探測器的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖4是根據(jù)本發(fā)明另一實施方式的有源式紫外光探測器的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖5a是根據(jù)本發(fā)明一實施方式的紫外光探測器的叉指電極的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5b是根據(jù)本發(fā)明一實施方式的紫外光探測器的圓形電極的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6是根據(jù)本發(fā)明的紫外探測器的光生伏特信號曲線圖。
附圖標(biāo)記的說明
1:光傳感器芯片
2:第一電極 3:第二電極 4:第一電極引線 5:第二電極引線 6:直流電源 7:電阻 10:外殼
具體實施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，下面結(jié)合實施方式 和附圖，對本發(fā)明做進一步詳細說明。在此，本發(fā)明的示意性實施方式及其 說明用于解釋本發(fā)明，但并不作為對本發(fā)明的限定。
實施例1
本發(fā)明該實施例提供一種開路式紫外光探測器，以下結(jié)合圖3對本發(fā)明
的開路式紫外光探測器進行詳細說明。圖3是根據(jù)本發(fā)明一實施方式的開路取<100>取向表面斜切10度，厚度為0.5mm的10mmX5mm的二氧化硅 晶體作為光傳感器芯片l， 10mmX5mm的上表面作為待探測光的入射面，表 面斜切方向平行于5mm的邊緣，將表面拋光后的晶體用常規(guī)的脈沖激光制膜 工藝，在5mmX10mm的二氧化硅單晶上采用掩模法分兩邊蒸鍍上面積為5 mmXlmm、厚度為10納米鉑膜作為第一電極2和第二電極3，選用0.2mm 的銅絲作為第一電極引線4和第二電極引線5， 一端分別焊接在第一電極2和 第二電極3上，另一端作為輸出端。把制作好的光傳感器裝入一個合金鋁制 作的探測器外殼10內(nèi)，用同軸電纜接頭引出輸出端，輸出端可接入放大電路 或者示波器。
本實例選用350MHZ示波器，用上述制備的紫外探測器測量355nm的紫 外脈沖激光，其輸出光生伏特信號達到了約1.5毫伏，上升時間為約lns，半 高寬為約2ns，如附圖6所示。同時應(yīng)注意的是其光生伏特信號的上升和半高 寬均達到示波器的極限，如選用更快速的示波器測量，其上升時間會更短， 表明此探測器具有快響應(yīng)的特性。
實施例2
本發(fā)明該實施例提供一種開路式紫外光探測器。其制備過程與實施例1 相同，區(qū)別僅在于選用斜切為45度的二氧化硅單晶片，取向為<101>。 實施例3
本發(fā)明該實施例提供一種開路式紫外光探測器。其制備過程與實施例1 相同，區(qū)別僅在于選用厚度為1納米的二氧化硅單晶薄膜替代二氧化硅單晶 片。
實施例4
本發(fā)明該實施例提供一種開路式紫外光探測器。其制備過程與實施例1 相同，區(qū)別僅在于選用厚度為1微米的二氧化硅多晶薄膜替代二氧化硅單晶 片。
實施例5本發(fā)明該實施例提供一種開路式紫外光探測器。其制備過程與實施例1 相同，區(qū)別僅在于選用常規(guī)的磁控濺射制膜工藝在斜切為0.001度的二氧化硅單晶上蒸鍍金電極2和3，單晶取向為<111>。 實施例6本發(fā)明該實施例提供一種開路式紫外光探測器。其制備過程與實施例1 相同，區(qū)別僅在于選用掩模法在二氧化硅單晶上蒸鍍鋁電極2和3，厚度為l 0微米，單晶取向為<110>。實施例7本發(fā)明該實施例提供一種開路式紫外光探測器。其制備過程與實施例1 相同，區(qū)別僅在于真空蒸發(fā)的方法在二氧化硅單晶上蒸鍍銀膜，用光刻和化 學(xué)腐蝕的方法把銀膜腐蝕成"山"字形結(jié)構(gòu)，制作成如圖5a的插指電極，電 極的寬度為0.01mm 5mm,電極條形的間距為0.01mm 10mm。實施例8本發(fā)明該實施例提供一種開路式紫外光探測器。其制備過程與實施例1 相同，區(qū)別僅在于真空蒸發(fā)的方法在二氧化硅單晶上蒸鍍銀膜，用光刻和化 學(xué)腐蝕的方法把銀膜腐蝕成同心圓形結(jié)構(gòu)，制作成如圖5b的圓形電極。實施例9本發(fā)明該實施例提供一種開路式紫外光探測器，以下結(jié)合圖4對本發(fā)明 的開路式紫外光探測器進行詳細說明。圖4是根據(jù)本發(fā)明的有源式紫外光探 測器的結(jié)構(gòu)示意圖。取<001>取向表面斜切10度，厚度為0.5mm的10mmX5mm的二氧化 硅晶體作為光傳感器芯片1， 10mmX5mm的上表面作為待探測光的入射面， 表面斜切方向平行與5mm的邊緣，將表面拋光后的晶體用常規(guī)的脈沖激光制 膜工藝，在5mmX10mm的二氧化硅單晶上用銦制作第一電極2和第二電極 3，用一個0 200V可調(diào)的直流源作為電源，選用1千歐姆的電阻7，選用直 徑為0.2mm的銅絲作為第一電極引線4和第二電極引線5。第一電極引線4徑為0.2mm的銅絲作為第一電極引線4和第二電極引線5。第一電極引線4 的一端連接在第一電極2上，另一端與直流電源6連接；第二電極引線5的 一端與第二電極3連接，另一端與電阻7的一端連接；電阻7的一端與第二 電極引線5連接，電阻7的另一端與6連接；電阻7的兩端作為探測器的輸 出端。按圖4所示連接電路后把制作好的光傳感器裝入一個合金鋁制作的探 測器外殼10內(nèi)，用同軸電纜接頭引出輸出端，即制作了一個條形電極有源式 結(jié)構(gòu)光傳感器的紫外光探測器。輸出端可接入放大電路或者示波器。 實施例10本發(fā)明該實施例提供一種有源式紫外光探測器。其制備過程與實施例9 相同，區(qū)別僅在于選用50兆歐電阻代替1干歐姆的電阻作為電阻7。 實施例11本發(fā)明該實施例提供一種有源式紫外光探測器。其制備過程與實施例9 相同，區(qū)別僅在于選用二氧化硅單晶薄膜替代單晶片。 實施例12本發(fā)明該實施例提供一種有源式紫外光探測器。其制備過程與實施例9 相同，區(qū)別僅在于選用二氧化硅多晶薄膜。以上所述的具體實施方式
，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行 了進一步詳細說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施方式
而 已，并不用于限定本發(fā)明的保護范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做 的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種紫外光探測器，該紫外光探測器至少包括一個光傳感器，所述光傳感器至少包括一個二氧化硅光傳感器芯片、兩個電極和兩個輸出端，其中所述兩個電極位于所述二氧化硅光傳感器芯片的一個側(cè)面上，兩個輸出端分別與兩個電極相連接；以及一個外殼，所述光傳感器位于所述外殼中。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的紫外光探測器，其特征在于在一個電極和與 該電極連接的輸出端之間串聯(lián)有電源，在兩個輸出端之間并聯(lián)有電阻。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的紫外光探測器，其特征在于所述電源為0 — 2OOV可調(diào)的直流電源，所述電阻為lkQ—50MQ。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的紫外光探測器，其特征在于所述二氧化硅光傳感芯片由二氧化硅單晶片、二氧化硅單晶膜或二氧化硅多晶膜制成。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的紫外光探測器，其特征在于所述二氧化硅單晶片為取向為<100>、 <101>、 <110〉或<111>。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的紫外光探測器，其特征在于所述二氧化硅單 晶片的幾何尺寸為10mmX5mmX0.5mm。
7、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的紫外光探測器，其特征在于所述二氧化硅單 晶膜的厚度為lnm。
8、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的紫外光探測器，其特征在于所述二氧化硅多 晶膜的厚度為lnm。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的紫外光探測器，其特征在于所述電極由鉑、 金、銀、鋁、銦或錫制成。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的紫外光探測器，其特征在于所述電極為線狀電極、插指電極或圓形電極。
全文摘要
本發(fā)明提供一種紫外光探測器，該紫外光探測器至少包括一個光傳感器，所述光傳感器至少包括一個二氧化硅光傳感器芯片、兩個電極和兩個輸出端，其中所述兩個電極位于所述二氧化硅光傳感器芯片的一個側(cè)面上，兩個輸出端分別與兩個電極相連接；以及一個外殼，所述光傳感器位于所述外殼中。根據(jù)本發(fā)明的紫外線探測器利用常規(guī)材料二氧化硅制作，并且響應(yīng)速度快，結(jié)構(gòu)簡單。
文檔編號G01J1/42GK101261156SQ20081010442
公開日2008年9月10日 申請日期2008年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月18日
發(fā)明者昊 劉, 娜 周, 王愛軍, 卉 趙, 昆 趙, 趙嵩卿, 磊 高 申請人:中國石油大學(xué)(北京)