一种调制薄膜激光感生电压的方法技术

本发明专利技术公开一种调制薄膜激光感生电压的方法，属于功能薄膜材料领域。选取c轴倾斜的单晶压电材料（如SiO2、单晶Si或ZnS等）作为衬底，在单晶压电衬底上生长具有激光感生电压效应的外延薄膜（如在SiO2倾斜衬底上生长ZnO、CuAlO2或CuCr1‑xMgxO2薄膜、在单晶Si倾斜衬底上生长YBa2Cu3O7‑x、ZnO或AlN薄膜，在ZnS倾斜衬底上生长HfO2薄膜），在压电衬底两端施加外电压使衬底产生微量形变，从而使得生长在其上的薄膜Seebeck系数各向异性得到改变，因此可以灵活调制薄膜的激光感生电压。

A method to modulate the laser induced voltage of thin films

The invention discloses a method for modulating the laser induced voltage of thin films, which belongs to the field of functional film materials. Epitaxial thin films with laser-induced voltage effect (e.g. ZnO, CuAlO2 or CuCr1_xMgxO2 thin films on SiO2 tilted substrates, YBa2Cu3O7_x, ZnO or AlN thin films on Si tilted substrates) were grown on single-crystal piezoelectric substrates with c-axis tilted single-crystal piezoelectric materials (such as SiO2, Si or ZnS). HfO2 thin films were grown on ZnS tilted substrates. External voltages were applied at both ends of the piezoelectric substrates to make the substrates slightly deformed. The anisotropy of Seebeck coefficients of the thin films grown on the substrate was changed, so the laser induced voltages of the thin films could be flexibly modulated.

【技术实现步骤摘要】
一种调制薄膜激光感生电压的方法
本专利技术涉及一种调制薄膜激光感生电压的方法，属于功能薄膜材料领域。
技术介绍
c轴倾斜外延薄膜的激光感生电压效应是一种温差和电压方向相互垂直的热电效应，本质是一个光-热-电转换过程。其产生过程为：当一束光辐照到c轴倾斜生长的薄膜表面时，会立即在其厚度方向建立起温度梯度，由于薄膜Seebeck系数的各向异性，会导致薄膜表面两端产生一个与温度梯度相垂直的电压信号，电压幅值可用以下公式来表示：其中U为沿薄膜表面方向的激光感生电压，l为薄膜被激光照射的有效长度，为薄膜倾斜角度，为薄膜ab面和c轴方向的Seebeck系数差值，即=Sab-Sc，为沿薄膜厚度方向的温度梯度。以激光感生电压效应为机理的激光探测器件有响应速度快、响应波长宽等特点，有巨大的应用潜力；目前，对于特定的c轴倾斜薄膜材料，其在受到固定能量密度的激光照射时，所产生的激光感生电压峰值也为定值，不能够实现连续可调，限制了以其为探测材料的激光探测器件的使用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种调制薄膜激光感生电压的方法，选取c轴倾斜的单晶压电材料作为衬底，在单晶压电衬底上生长具有激光感生电压效应的外延薄膜，在压电衬底两端施加外电压，控制外电压的大小即可调制薄膜的激光感生电压。本专利技术所述c轴倾斜的单晶压电材料为SiO2、单晶Si或ZnS，倾斜角为5°～15°。本专利技术所述单晶压电衬底上生长的外延薄膜为：在单晶压电衬底上生长的外延薄膜为：在SiO2倾斜衬底上生长ZnO、CuAlO2或者CuCr1-xMgxO2薄膜、在单晶Si倾斜衬底上生长YBa2Cu3O7-x、ZnO或者AlN薄膜，在ZnS倾斜衬底上生长HfO2薄膜。本专利技术所述薄膜生长方法为溶胶-凝胶法、脉冲激光沉积法、分子束外延法或者磁控溅射法。本专利技术的原理：压电材料具有逆压电效应，即在外电场作用下压电体会产生形变，压电材料的晶体对称性较低，以其作为薄膜衬底时，当其处于电场中，晶胞中正负电荷发生极化，电荷中心不再重合，引起材料的宏观形变，进而使得衬底以及生长在其上的外延薄膜晶体结构发生变化，薄膜Seebeck系数各向异性也得到改变，根据公式，可以灵活调制薄膜的激光感生电压峰值。本专利技术的有益效果是：实现了薄膜激光感生电压的连续可调，有利于以其为机理的激光探测器件在不同强度激光照射条件下服役；比如，激光感生电压峰值较高的薄膜材料用于激光探测器件时，峰值电压可能超出表头量程，影响其使用，而在压电衬底上加外电压使薄膜激光感生电压峰值降低即可解决此问题。另外，一些稳定性较高而激光感生电压效应较弱的薄膜材料很难用于激光探测，本专利技术的调制方法可以实现其成为激光探测材料。附图说明图1是本专利技术中实现薄膜激光感生电压灵活调制的结构示意图。图2是本专利技术实施例1中CuCr0.92Mg0.08O2薄膜在SiO2倾斜压电衬底被施加不同外电压时的激光感生电压-响应时间示意图。图1中：1-c轴倾斜的单晶压电衬底，2-薄膜，3-金属电极Ⅰ、4-金属电极Ⅱ，5-导线Ⅰ、6-导线Ⅱ，7-外电源，8-高频示波器，9-脉冲激光。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明，但本专利技术的保护范围并不限于所述内容。实施例1一种调制薄膜激光感生电压的方法。c轴倾斜的单晶压电衬底1选为SiO2单晶衬底，倾斜角为10°，用脉冲激光沉积技术在SiO2倾斜衬底上外延生长Mg掺杂量为0.08的CuCr1-xMgxO2薄膜；在SiO2衬底两端设置两个沿其表面相对中心位置左右对称的金属电极，用导线将金属电极和外电源相连接。在CuCr0.92Mg0.08O2薄膜2表面沿倾斜方向的两端设置金属电极Ⅰ3和金属电极Ⅱ4，用导线Ⅰ5将金属电极Ⅰ3与电源连接，导线Ⅱ6将金属电极Ⅱ4与高频示波器8相连接；利用脉冲激光9照射CuCr0.92Mg0.08O2薄膜表面，通过控制外电源的电压输出，即可控制薄膜激光感生电压的大小，用高频示波器8测量薄膜的激光感生电压（如图1所示）。比如：脉冲激光使用脉宽为28ns、波长为248nm、能量密度为111mJ/cm2的紫外脉冲激光，当其照射CuCr0.92Mg0.08O2薄膜时，示波器采集到的感生电压信号为24mV，当外电源给压电衬底提供3V的外电压时，薄膜激光感生电压为29mV，外电压提高到4.5V时，薄膜激光感生电压升到32mV，激光感生电压-时间关系如图2所示。实施例2一种调制薄膜激光感生电压的方法。如附图1所示，c轴倾斜的单晶压电衬底选为单晶Si，倾斜角为5°，用溶胶-凝胶法在单晶Si倾斜衬底上外延生长YBa2Cu3O7-x薄膜；单晶Si衬底两端设置两个沿其表面相对中心位置左右对称的金属电极，用导线将金属电极和外电源相连接。在YBa2Cu3O7-x薄膜表面沿倾斜方向的两端设置金属电极，用导线将金属电极与示波器相连接；利用脉冲激光照射YBa2Cu3O7-x薄膜表面，通过控制外电源的电压输出，即可控制薄膜激光感生电压的大小，用示波器测量薄膜的激光感生电压。实施例3一种调制薄膜激光感生电压的方法；如附图1所示，c轴倾斜的单晶压电衬底选为ZnS单晶衬底，倾斜角为15°，用分子束外延技术在ZnS倾斜衬底上外延生长HfO2薄膜；在ZnS衬底两端设置两个沿其表面相对中心位置左右对称的金属电极，用导线将金属电极和外电源相连接。在HfO2薄膜表面沿倾斜方向的两端设置金属电极，用导线将金属电极与示波器相连接；利用脉冲激光照射HfO2薄膜表面，通过控制外电源的电压输出，即可控制薄膜激光感生电压的大小，用示波器测量薄膜的激光感生电压。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种调制薄膜激光感生电压的方法，其特征在于：选取c轴倾斜的单晶压电材料作为衬底，在单晶压电衬底上生长具有激光感生电压效应的外延薄膜，在压电衬底两端施加外电压，控制外电压的大小即可调制薄膜的激光感生电压。

【技术特征摘要】
1.一种调制薄膜激光感生电压的方法，其特征在于：选取c轴倾斜的单晶压电材料作为衬底，在单晶压电衬底上生长具有激光感生电压效应的外延薄膜，在压电衬底两端施加外电压，控制外电压的大小即可调制薄膜的激光感生电压。2.根据权利要求1所述调制薄膜激光感生电压的方法，其特征在于：所述c轴倾斜的单晶压电材料为SiO2、单晶Si或ZnS，倾斜角为5°～15°。3.根据权利要求1所述调制薄膜激光...

【专利技术属性】
技术研发人员：虞澜，刘安安，宋世金，胡建力，崔凯，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南,53