一种红外激光敏感快速响应角位置探测器制造技术

本发明专利技术涉及一种红外激光敏感快速响应角位置探测器，其包括一基底 以及生长于该基底上的光响应层，该光响应层为添加有掺杂金属的ZnO薄 膜层，其厚度为10纳米-10微米，并且，所述掺杂金属以纳米颗粒的形式 掺杂到ZnO中。该器件输出光敏信号反应快，时间短，可达到几个纳秒， 光生电压信号的极值随着角位置的变化关系清楚可分辨，可以用来测量连 续光或者脉冲光的角位置和角位移量。本发明专利技术提供的采用掺杂金属纳米颗 粒的ZnO薄膜制作的红外激光敏感快速响应角位置探测器件在工业、计算 机、国防等方面具有广泛的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种红外激光敏感快速响应角位置探测器，特别涉及一种利用掺杂金属纳米颗粒的ZnO材料制作的红外激光敏感快速响应角位置探 测器。
技术介绍
近年来，氧化锌在蓝光及紫外二极管和激光器方面的潜在用途引起了 人们的极大兴趣。氧化锌是一种宽禁带半导体材料，其直接带宽为3.37eV， 能够用于制作紫外光探测器，例如文献X.G. Zheng， Q.Sh. Li， J.R Zhao, D. Chen, B. Zhao, Y丄Yang, L.Ch. Zhang, Photoconductive ultraviolet detectors based on ZnO films, APPLIED SURFACE SCIENCE, 253(4): 2264-2267和 O.A. Xu， J.W. Zhang, K.R. Ju, X.D. Yang, X. Hou, ZnO thin film photoconductive ultraviolet detector with fast photoresponse, JOURNAL OF CRYSTAL GROWTH, 289(1): 44-47所介绍的。中国专利申请200810223389.0 (公开号CN101363741A)公开了一种 宽波段光位置探测器，其是基于ZnO薄膜的位置探测器，与角位置探测器 属于不同的探测器件。目前还没有发现采用氧化锌制作红外光角位置探测 器的报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种红外激光敏感快速响应角位置探测器，采 用掺杂有金属纳米颗粒的ZnO材料制成探测器的光响应层，得到一种具有 响应快、制作简单、价格低廉的角位置探测器，在角位置控制、目标跟踪 以及计算机应用方面具有广阔前景。为达到上述目的，本专利技术提供了一种红外激光敏感快速响应角位置探测器，其中，该角位置探测器包括一基底以及生长于该基底上的光响应层，该光响应层为添加有掺杂金属的ZnO薄膜层，其厚度为10纳米-10微米， 并且，惨杂金属以纳米颗粒的形式掺杂到ZnO中。在本专利技术提供的角位置探测器中，所采用的ZnO薄膜层中的掺杂金属可以包括i 、 n、 m、 iv、 v、 vi、 vn族金属元素和过渡族金属元素中的一种；优选地，上述掺杂金属可以包括Mg、 Ca、 Sr、 Ti、 Sc、 Ni、 Ta、 Cr、 Mn、 Al、 Ga、 In、 Sn、 Ir、 Os、 Mo、 W、 Ag、 Au、 Pb、 Cu、 Fe和Pt等中的一 种，更优选地，上述掺杂金属为Ag、 Au、 Pb、 Cu、 Fe和Pt等中的一种。在本专利技术提供的角位置探测器中，以ZnO计，所采用的ZnO中的掺杂 金属的掺杂比例按照原子比为0.1-20%，优选为1-15%。在本专利技术提供的角位置探测器中，优选地，所釆用的ZnO中的掺杂金 属颗粒的尺寸可以在5纳米到1000纳米之间。本专利技术的关键是对于光响应层材料的选择，即采用掺杂纳米金属颗粒 的ZnO薄膜制成探测器中生长于基底上的光响应层，对于探测器本身的结 构并没有特殊限制，可以是任何现有的角探测器结构，例如上述角位置探 测器可以包括基底；光响应层，生长于所述基底上；第一电极和第二电 极分别设置在所述光响应层的左右两端，分别连接第一电极引线和第二电 极引线。根据本专利技术的具体实施方案，优选地，上述角位置探测器还可以包括 阻值为1Q至1MQ的电阻和/或容量为lpF至500|iF的电容，连接于第一电极引线和第二电极引线之间，以加快响应速度。根据本专利技术的具体实施方案，优选地，该角位置探测器还可以包括一 放大电路或电压测试设备，连接于第一电极引线和第二电极引线之间；更 优选地，上述电压测试设备可以是电压放大器或者示波器。在本专利技术提供的角位置探测器中，优选地，基底的材料可以是硅、氧 化镁、白宝石、水晶片、铝酸镧和钛酸锶等中的一种。在本专利技术提供的角位置探测器中，优选地，电极形状可以为点状、线状或平面状等；并且，电极的材料可以是铟、银、铂、金、铝和其他金属 中的一种；可以用银胶连接，或用铟直接焊接，也可以用真空镀膜、磁控 溅射光刻和化学腐蚀等方法制备铂、金、银或铝电极等。本专利技术提供的制备红外激光敏感快速响应角位置探测器的方法可以按 照以下步骤进行1、 利用激光分子束外延、脉冲激光沉积、分子束外延、磁控溅射、电 子束蒸发或者溶胶凝胶法的制膜工艺，在基底上制备掺杂金属纳米颗粒的 ZnO薄膜光响底层，按需要选择生长条件，以保证薄膜很好的生长；2、 参照图l用常规方法制备电极和引线，然后釆用常规半导体封装工 艺封装在外壳内，制备出掺杂金属纳米颗粒的ZnO红外激光敏感快速响应 角位置探测器件。本专利技术的红外激光敏感快速响应角位置探测器件可以釆用激光分子束 外延、脉冲激光沉积、分子束外延、磁控溅射、电子束蒸发或溶胶凝胶法 等制膜方法，利用半导体工艺，可以在一块掺杂金属纳米颗粒的ZnO薄膜 芯片上制作单个单元器件，还可以制备出多个单元、多元列阵式的掺杂金属纳米颗粒的ZnO薄膜光位置探测器件，因此本专利技术的光敏感快速响应角 位置探测器的制备方法简单，成本低廉，易于工业化批量生产。该器件输 出光敏信号反应快，时间短，可达到几个纳秒，随着角位置的变化，光生 电压信号的极值也清楚而且可分辨，可以用来测量连续光或者脉冲光的角 位置和角位移量。本专利技术提供的釆用掺杂金属纳米颗粒的ZnO薄膜制作的红外激光敏感 快速响应角位置探测器件在工业(如，机床的位置控制、目标跟踪、精密 定位)、计算机(如，汉字输入器件)、国防(如，激光准直、光源跟踪) 等方面具有广泛的应用前景。附图说明图1是利用掺杂金属纳米颗粒的ZnO薄膜制作的红外激光敏感快速响 应角位置探测器的优选实施例的结构示意图2是利用惨杂金属纳米颗粒ZnO薄膜制作的红外激光敏感快速响应 角位置探测器的另一优选实施例的结构示意图3是本专利技术的探测波长为1.064微米红外激光照射探测器所产生的光 生伏特信号随光与薄膜表面法线夹角(0°~90°)的变化图4是本专利技术的探测波长为1.064微米红外激光照射探测器所产生的光 生伏特信号随光与薄膜表面法线夹角(-90°~0°)的变化图5是入射角为60°时1.064微米红外激光照射下的光生伏特信号。附图标号说明1基底 2光响应层 3第一电极 4第二电极5第一电极引线 6第二电极引线 7电阻 8电容9电压测试或放大设备具体实施例方式以下结合具体实施例详细介绍本专利技术技术方案的实现和特点，以帮助 阅读者理解本专利技术的精神实质和有益效果，但不能构成对本专利技术可实施范 围的任何限定。本专利技术提供的红外激光敏感快速反应角位置探测器可以包括以下具体 结构如图1所示，该角位置探测器包括基底l;厚度在10纳米-10微米的 光响应层2，生长于基底1上，光响应层2为掺杂金属纳米颗粒的ZnO薄 膜层；第一电极3和第二电极4分别设置在光响应层2的左右两端，分别 连接第一电极引线5和第二电极引线6;阻值为1Q-1MQ的电阻(R) 7， 连接于第一电极引线5和第二电极引线6之间；如图2所示，该魚位置探测器还可以包括容量为lpF至500pF的电容(C) 8，与电阻7并联于第一电极引线5和第二电极引线6之间，以及 电压测试或放大设备(A) 9，与电阻7、电容8本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种红外激光敏感快速响应角位置探测器，其中，该角位置探测器包括一基底以及生长于该基底上的光响应层，该光响应层为添加有掺杂金属的ＺｎＯ薄膜层，其厚度为１０纳米－１０微米，并且，所述掺杂金属以纳米颗粒的形式掺杂到ＺｎＯ中。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵嵩卿，赵昆，周岳亮，
申请(专利权)人：赵嵩卿，赵昆，周岳亮，
类型：发明
国别省市：11