电磁辐射探测器制造技术

描述了一种电磁辐射(RL)的探测器。探测器包括：一有取向的热电材料多晶层(2)，‑一衬底(1)，叠加在有取向的多晶层的顶表面上，使得背面(10)与有取向的多晶层接触，‑第一和第二电极，彼此隔开并与有取向的多晶层电接触。衬底包括至少一个陶瓷层，并且有取向的多晶层具有相对于衬底的顶表面的法线成30度至55度之间的角度的晶体取向。

Electromagnetic radiation detector

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电磁辐射探测器本专利技术涉及一种电磁辐射探测器，特别是激光辐射探测器。能够探测高能脉冲(即10-3-10J)的激光辐射探测器主要由量热计、热电堆和热释电传感器表示。热电堆可进一步分为两类：径向和轴向设备。量热计通过测量液体冷却剂的入口和出口之间的温差来测量目标表面上的入射功率。在所有上述类型的探测器中，这种探测器的响应时间最慢，即数十秒。径向热电堆以热盘为代表，其中辐射目标盘包括以两个同心圆排列的热电偶阵列，这两个同心圆依次与盘同心。当通过入射在其上的激光辐射在盘中沿径向建立热梯度时，热电偶阵列产生代表入射激光辐射功率的电动势(e.m.f)或电压。此类热电堆的自然响应时间在大约1s至60s之间，具体数值取决于其设计。这种功率计的两个主要缺点是尺寸和响应时间。尺寸通常导致功率计头难以装配到用于功率测量的激光设备中。因此，需要一种廉价的激光功率计头，其散热器比上述的现有技术的散热器小得多，但仍能够以较短的响应时间来测量功率相对较高的连续波(CW)激光。轴向热电堆是类似帕尔贴(Peltier)的设备，采用多个电互连的热电偶设计，可以测量轴向穿过合适衬底的热通量。这种使用标准热电效应的传感器是普通径向热电堆的演进。与径向热电堆相比，这种类型的探测器可以更小。但是，此类传感器的热设计目前仅允许约为0.1到1s的自然响应时间。此外，多个轴向热电偶的设计通常意味着传感器有源区域的覆盖不足。基于热释电效应的传感器将热梯度转换为电信号。即，由于热梯度引起的极化变化在晶体上产生电压。一方面，比起热电堆和量热计，它们结合了高灵敏度(可高达1000V/W)和可针对高能量脉冲和更高的重复频率(目前高达200kHz)进行量身定制的设计。然而，由于有源材料中的自然漏电流，热释电传感器当前有不能测量连续波(CW)激光辐射的局限性。实际上，热释电材料的工作原理基于对温度瞬态变化的响应，仅允许测量脉冲到准连续波脉冲，而不是纯连续波或长脉冲激光源。使用横向热电效应的传感器定义了一种相对较新且类别不同的功率计，与前面讨论的类型相比，横向热电效应的传感器具有几个优点。使用激光感生横向电压(LITV)效应的传感器也可以将热梯度转换为电信号。合适的材料(例如Bi、Bi2Te3、A1:ZnO、Sb)的薄膜以倾斜角沉积在蒸发源和衬底之间，已知该薄膜显示出对激光辐射的横向热电响应。即，如果沿垂直于膜表面的方向存在热梯度，则产生纵向于膜表面平面的热电响应。沿纵向平面可提取的所产生电信号的强度具有明确的方向，并且与生长在衬底上的薄膜有源材料的有一定角度晶粒的投影平行，在共面垂直方向上显示最小值。LITV效应的采用具有本质的优势，即显示出良好的热信号到电压的转换效率，同时显示出纳秒级的响应时间。此外，该设备的制造由于需要较少的技术步骤而更可控制，因此价格更便宜，且步骤得以简化。与基于轴向布置的热电偶的设计相比，基于LITV的设备相对于标准热电设备的另一个优势是有源区域的均匀覆盖。而且，基于LITV的传感器的有源区域在尺寸上没有限制，而有源膜的沉积的均匀性得以保持。同时，与具有相同有源区域的探测器相比，良好的设计可以大大减小有源感应区域周围的面积，从而实现横向尺寸小于径向热电堆的尺寸。尽管基于LITV效应的传感器在激光辐射能量/功率感测
的前景非常好，但由于生产有源层需要复杂合金(通常由有毒材料组成)，这个不利的必要条带件会带来局限性。参考US2011/0024604A1、US2011/0291012A1、US2014/0091307A1或US2014/0091304A1中的传感器。此外，先前专利(US2011/0024604A1、US2011/0291012A1、US2014/0091304A1和US2014/0091307A1)中公开的制造方法描述了有源倾斜的近晶格匹配的热电层在晶体衬底上的类外延生长。这种方法在可用于有源膜和衬底的材料上受到了很大的限制，即，它要求近晶格匹配的材料对，这在US2011/0024604A1中的TEM图像中已得到清晰的证明，并从技术文献中广为人知。此外，US2004/0102051A1描述了制造方法的不同实施例，该制造方法基于使用晶种缓冲层和人工倾斜结构来迫使其沉积在优选的晶面上，其中该热电材料仅限于V-VI化合物。实际上，在上述专利申请中，需要衬底有确定的原子构型(即具有特定晶面的特定材料)，或者在有源层和衬底之间要有确定原子构型的附加晶种缓冲层。这种确定的原子结构的晶种缓冲层用来影响在有源膜沉积期间相对于衬底表面成特定角度的高结晶度膜的外延状生长，这增加了制造以及补充和关键的处理步骤的复杂性。尤其是US2011/0024604A1描述了一种将CaxCoO2倾斜膜生长到Al2O3衬底的两种特定面上的方法，这两个特定面特别是n面和s面，这些面相对于衬底的表面分别生成倾斜角度为62°和70°的CaxCoO2面。US2011/0291012A1公开了不同的实施例，而有源倾斜的热电层的生长仍然取决于衬底的原子结构。实际上，US2011/0291012A1公开了“倾斜薄膜32的晶面35的倾斜角α是根据倾斜衬底31的低折射率面34的倾斜角β来确定的，α满足α＝β+θ，其中θ为0至10度”。US2014/0091304Al公开了一种倾斜的热电薄膜的制造方法，所述热电薄膜选自以下组，组中包括钡酸钡(DyBa2Cu3O7-d)、钴酸锶钠(Sr0.3Na0.2CoO2)和钴酸锶(Sr3Co4O9)。这种方法需要例如氧化镁(MgO)，钇稳定的氧化锆(YSZ)和氧化铈(CeO2)这样的用于中间晶种缓冲层的材料。这些晶种缓冲层必须具有柱状晶粒结构，其晶轴(c轴)相对于衬底表面的法线倾斜α的角度，α大约为10度至45度。在US2004/0102051A1中，再次采用晶种缓冲层以便让有源热电材料的晶粒相对于衬底表面取向。此外，US2004/0102051A1公开了使用相似的有源材料来制造其装置，不仅需要晶种缓冲层，而且需要附加的沉积后退火处理以将热电层的c轴取向为合适的角度。与本专利技术采用的制造方法相比，另外的沉积后退回处理增加了制造的额外复杂性，降低了整个工业过程的鲁棒性。此外，US2004/0102051A1在一个实施例中公开了在衬底硅表面上使用蚀刻的屋顶瓦状结构，然后必须用氧化物覆盖该结构。然后，相对于蒸发源，以与结构相同的角度旋转衬底，以便相对于蚀刻的结构获得垂直晶粒的更快生长。然后，那些晶粒相对于衬底的原始表面具有一定角度。再次，与本专利技术采用的制造方法相比，所描述的过程增加了制造的复杂性，降低了整个工业过程的鲁棒性。鉴于现有技术，本专利技术的目的是提供一种激光辐射探测器，其不同于现有技术并且克服了参考现有技术的缺点，即不使用任何晶种缓冲层。该层不需要高结晶有取向的衬底，并且不需要在衬底表面上形成人工结构。根据本专利技术，所述目的是通过电磁辐射探测器来实现的，该探测器包括：-一有取向的热电材料多晶层，-一衬底，叠置在有取向的多晶层的顶表面上，使得背面与有取向本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电磁辐射探测器，包括：/n-有取向的热电材料多晶层(2)，/n-一衬底(1)，叠加在所述有取向的多晶层的顶表面上，使得背面(10)与所述有取向的多晶层接触，/n-第一电极(6)和第二电极(7)，彼此隔开并与所述有取向的多晶层电接触，/n其特征在于，所述衬底包括至少一个陶瓷层，并且所述有取向的多晶层具有相对于所述衬底顶表面的法线成30度至55度之间的角度的晶体取向。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170623 IT 1020170000706061.一种电磁辐射探测器，包括：
-有取向的热电材料多晶层(2)，
-一衬底(1)，叠加在所述有取向的多晶层的顶表面上，使得背面(10)与所述有取向的多晶层接触，
-第一电极(6)和第二电极(7)，彼此隔开并与所述有取向的多晶层电接触，
其特征在于，所述衬底包括至少一个陶瓷层，并且所述有取向的多晶层具有相对于所述衬底顶表面的法线成30度至55度之间的角度的晶体取向。


2.根据权利要求1所述的探测器，其特征在于，所述衬底是一陶瓷层。


3.根据权利要求1所述的探测器，其特征在于，所述衬底包括一金属层，该金属层先前已经被陶瓷层电钝化。


4.根据权利要求1所述的探测器，其特征在于，所述衬底具有与所述多晶层不同的晶体取向。


5.根据前述权利要求中任一项所述的探测器，其特征在于，包括至少一个条带(100)，该至少一个条带(100)由在所述第一电极和所述第二电极之间延展的所述有取向的多晶层形成。


6.根据权利要求1至4中任一项所述的探测器，其特征在于，包括多个条带(101…10n-1、10n)，其中每个条带由所述有取向的多晶层形成，所述多个条带中的所述条带是彼此间隔开并且彼此平行，所述多个条带中的所述条带从第一条带(101)到第n条带(10n)连续布置，所述多个条带中的每个条带具有一第一末端(S1)和一第二末端(S2)，所述第一电极(6)连接到所述多个条带中的第一条带(101)的第一末端(S1)，所述第二电极(7)连接到所述多个条带的第n个条带(10n)的第二末端(S2)，所述多个条带的每个条带的第二末端与所述多个条带的连续条带的第一末端电接触。


7.根据权利要求1至4中任一项所述的探测器，其特征在于，包括多个条带(201、301..20n，30n)，其中每个条带由所述有取向的多晶层形成，相邻的条带(201、301；202、302…20n，30n)中的有取向的多晶层具有相反的晶粒取向，所述多个条带中的所述条带间隔开并且彼此平行，所述多个条带中的所述条带从一第一条带(201)连续排列至第n条带(30n)，其中，多个条带中的每个条带具有一第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴维德·史克尔提萨蒂，赛吉欧·佩莱格里诺，贾科莫·卡佩拉，
申请(专利权)人：镭射点有限公司，
类型：发明
国别省市：意大利;IT