專利名稱：用摻雜氧化物和硅異質結材料制的超快寬波段光探測器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種光探測器，特別涉及利用摻雜氧化物和硅異質結材料制作的超快響應、寬頻段、高靈敏度和抗輻射光探測器。
背景技術：
對于光的能量、功率、脈寬和波形等的探測，在科研、軍事、國防、生產和生活中有非常廣泛的應用。盡管人們已發展了如熱電、光電、熱釋電等多種不同類型的光探測器，但對于新型光探測器的工作仍是人們感興趣和一直在進行的工作。本申請人也在這方面獲得以下幾項激光探測器的專利，例如專利號ZL89202869.6；專利號ZL89220541.5；專利號ZL90202337.3，專利號ZL90205920.3；但是上述幾項專利的探測器均采用壓電材料制作的，該探測器光響應不夠快。本申請人還申請了采用氧化物和硅的異質結的光探測器專利，例如專利申請號200410069052.0；專利申請號200510071811.1；專利申請號200510071810.7；盡管上述幾項專利的響應時間和靈敏度較前均有提高，但還是不能滿足很多工作的要求，特別是科研和軍事上的一些特殊應用。另外，由于制作探測器用的薄膜材料抗輻射能力有限，對于高功率和大能量的測量，探測器芯往往容易損傷。
發明內容
本發明的目的在于克服上述探測器光響應速度還不夠快、靈敏度還不夠高和探測器芯易受損傷等缺點，提供一種利用摻雜氧化物和硅異質結材料做成探測器芯片，或將一個或N個探測器芯片串聯，被探測光從探測器芯片的側面入射，當光照射后直接產生電壓信號，不需要任何輔助的電源和電子電路的超快高靈敏度耐輻射的光探測器；該光探測器可以探測光的能量、功率和波形，其響應波段從紫外到近紅外，可響應飛秒脈寬的激光脈沖，響應時間達到皮秒。
本發明的目的是這樣實現的本發明提供的超快寬波段高靈敏度光探測器，包括光傳感器芯片1，在光傳感器芯片1的硅襯底上制作第二電極3，在芯片1的摻雜氧化物薄膜上制作第一電極2，兩個電極分別連接第一電極引線4和第二電極引線4′；其特征在于還包括第一金屬塊8和第二金屬塊9；第一引線4和第二引線4′可以通過第一金屬塊8和第二金屬塊9固定在光傳感器芯片1，或者用銦或錫焊接或導電膠將連接；所述的第一電極引線4和第二電極引線4’的一端分別與第一電極2和第二電極3連接，第一電極引線4和第二電極引線4′的另一端是信號輸出端；所述的光傳感器芯片1是由摻雜氧化物和硅異質結材料制作的，該光傳感器芯片1的任意兩兩相對的側面作為被探測光從異質結材料的入射面。
在上述的技術方案中，還包括光傳感器芯片1由N塊摻雜氧化物和硅異質結材料制作的光傳感器芯片1串聯在一起，其中第一個光傳感器芯片1的摻雜氧化物表面與第二個光傳感器芯片1的硅襯底面接觸疊層，疊層后最外面的摻雜氧化物薄膜上的電極為第一電極2，最外面的硅片上的電極為第二電極3。所述的N為2-100塊。
所述的第二金屬塊9的形狀包括圓形、方形或做成“∪”或“凹”形狀的固定架。
在上述的技術方案中，還包括一電阻5，其阻值為0.01Ω～1kΩ。該電阻5的兩端分別和第一電極引線4和第二電極引線4′的輸出端連接。所述的電阻5，主要是為了進一步提高響應速度，由于異質結的結構具有電容特性，因此電阻5對光照射后產生的電壓起放電作用，從而進一步提高其響應速度。
在上述的技術方案中，還包括絕緣片6，金屬塊8，金屬塊9和金屬螺釘7；所述的第一金屬塊8固定在光傳感器芯片1第二電極3(或第一電極2)的面上，第一金屬塊8的另一面與絕緣片6接觸，和一個U形的第二金屬塊9的一端通過金屬螺釘7相連接；光傳感器芯片1的第一電極2(或第二電極3)通過金屬螺釘7′和U形第二金屬塊9的另一端連接；在第二金屬塊9內壁與第一金屬塊8之間連接第一電極引線4和第二電極引線4′，第一電極引線4和第二電極引線4′的另一端頭連接電阻5，并在第一電極引線4和第二電極引線4′上引出輸出端。
在上述的技術方案中，還包括金屬外殼，將其安裝在一個金屬外殼內，用同軸電纜接頭引出輸出端。
在上述的技術方案中，所述的摻雜氧化物和硅異質結材料制成的探測器芯片，包括
在硅片襯底上生長一層摻雜鈦酸鍶薄膜層是Sr1-xRxTiO3或SrMyTi1-yO3，摻雜鈦酸鍶薄膜2的厚度為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值為0.005～0.5，y值為0.01～0.5做成芯片；或在硅片襯底上生長一層摻雜鈦酸鋇薄膜層是Ba1-xQxTiO3或BaNyTi1-yO3，摻雜鈦酸鋇薄膜2的厚度為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值為0.01～0.5做成芯片；或在硅片襯底上生長一層摻雜錳酸鑭薄膜層S1-xTxMnO3，摻雜錳酸鑭薄膜的厚度為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值為0.01～0.5做成芯片。
所述的第一電極2或第二電極3可以用真空鍍膜或磁控濺射等方法蒸鍍金、銀或鋁電極，也可以用銦或錫等直接焊接。
絕緣塊6防止光傳感器1的兩個電極斷路，可以是尼龍、聚四氟乙烯、玻璃鋼等絕緣材料。
本發明提供的利用摻雜氧化物和硅異質結材料制作的超快響應、寬頻段、高靈敏度和抗輻射光探測器，其特點在于，所述的光傳感器芯片1，可以是一片摻雜氧化物和硅異質結材料制成的探測器芯片，分別從摻雜氧化物薄膜和硅兩面引出電極2和電極3；為了進一步提高探測器的靈敏度和增大感光面積，也可以把2個、3個或多個摻雜氧化物和硅異質結材料制成的探測器芯片串聯組成。要進行探測器芯片的串聯，首先在氧化物和硅異質結材料的兩個表面蒸鍍金屬電極，然后把一個探測器芯片的摻雜氧化物表面與另一個探測器芯片的硅表面接觸進行疊層，疊層后最外面的摻雜氧化物薄膜為第一電極2，最外面的硅片為第二電極3。對于用探測器芯片串聯組成的光傳感器，在進行光探測時，每一個探測器芯片的兩端都產生一個光生伏特電壓，因此在光傳感器的兩端得到的電壓就是每一個探測器芯片兩端電壓相加的和。所以利用探測器芯片串聯組成的光傳感器，不僅接受光的面積增大，靈敏度提高，而且由于探測器芯片串聯，使異質結的結電容值減小，探測器的效應會更快。
被探測光從異質結的側面入射，探測器所使用的硅和相關的摻雜氧化物，其禁帶寬度基本都在1～1.3eV，可以吸收從紫外到近紅外波長的光，同時在摻雜氧化物和硅內形成光生載流子，由于異質結界面勢壘的作用，在探測器芯片的兩端形成光生伏特電壓，是一種光生伏特型光電探測器，不需要任何輔助的外加電源和電子電路。由于是側面入射，探測器芯片就可以用窄的條形異質結材料制備，因而其電容可以很小，尤其是采用串聯組成的光傳感器，具有超快的光響應，光生伏特所產生脈沖電壓信號的前沿達到ps量級，不僅可探測飛秒脈寬的激光能量，而且可探測幾百ps脈寬的激光波形。另外，由于采用側面入射，當入射光的強度比較大時，既使光傳感器1的光入射面有所損傷，探測器的性能也沒有大的影響，因此具有較強的抗輻射能力。由于在光傳感器之間都存在一個結電容，因此在光傳感器的兩端并聯一個電阻5，起放電作用，減小放電時間和消除結電容對響應速度的影響。如果不考慮脈沖光所產生脈沖電壓信號的寬度，也可以不連接電阻5。本發明所提供的光探測器可以探測光的能量、功率、脈沖波形等多種參數，在科研、軍事、國防、生產和生活等方面均有廣泛的應用。
圖1.由一個探測器芯片制作的簡易式光傳感器芯片1。
圖2.由三個探測器芯片串聯制作的簡易式光傳感器芯片1。
圖3.由四個探測器芯片串聯制作的光傳感器芯片1。
圖4.用2.5GHz示波器，儲存記錄的由一個摻雜鑭錳氧化物和硅異質結探測器芯片制作的光傳感器芯片1，測量YAG激光器輸出波長1.064μm、脈寬25ps激光脈沖所產生的電壓信號，其上升時間為330ps，半高寬580ps。
圖面說明如下1-光傳感器；2-第一電極；3-第二電極；4-第一電極引線；4′-第二電極引線5-電阻；6-絕緣片； 7-金屬螺釘；8-第一金屬塊；9-第二金屬塊具體實施方式
實施例1參考圖1，由一塊摻雜鑭錳氧化物和硅異質結材料做光傳感器芯片1，制備一個超快寬波段高靈敏度光探測器。
本實施例用一基底為n型硅片，在其直接外延生長300nm厚、p型La0.7Sr0.3MnO3光響應材料層，形成La0.7Sr0.3MnO3/Si兩層異質材料，把異質結材料切割成尺寸為1×0.2cm2的光傳感器芯片1；用氫氟酸去除硅表面的氧化硅，用銦在光傳感器芯片1的硅表面焊接約為φ2mm的第二電極3，用銦在光傳感器芯片1的La0.7Sr0.3MnO3薄膜的表面焊接第一電極2；兩根φ0.1mm的銅線作電極引線，并用銦把兩根φ0.1mm銅的第一電極引線4和第二電極引線4’的一端分別焊接在第一電極2和第二電極3上；選用阻值為0.01Ω的電阻5，并將其兩端分別與第一電極引線4和第二電極引線4’的輸出端焊接；該光傳感器芯片1的一個1cm側面作為被探測光從異質結材料的入射面，這樣光傳感器芯片1就制備完備，把光傳感器芯片1裝入一個合金鋁制作的探測器外殼內，用同軸電纜接頭引出輸出端，制作由一個探測器芯片制作光傳感器芯片1的光探測器。
選用2.5G示波器，用上述一個探測器芯片制作光傳感器芯片1的光探測器，測量YAG激光器輸出波長1.06μm、脈寬25ps的激光脈沖，圖4是用示波器儲存記錄探測器一個激光脈沖，所產生的電壓信號波形。
光生伏特脈沖電壓信號的前沿上升時間為330ps，半高寬580ps。1mJ的激光能量可上百mV的電壓信號。因此，該探測器不僅是一個超快過程，而且具有很高的靈敏度。
實施例2參考圖2，選用2英寸p型硅片，在其上直接外延生長100nm厚、n型La0.7Te0.3MnO3薄膜制備異質結材料，用FH去除Si表面的氧化層后，用真空鍍膜分別在La0.7Te0.3MnO3和Si表面蒸鍍銀膜，把鍍銀膜的La0.7Te0.3MnO3/Si兩層異質材料切割成10mm×2mm的矩形作為探測器芯片，將三塊所述的探測器芯片串聯在一起制作光傳感器芯片1，其中第一個探測器芯片的La0.7Te0.3MnO3薄膜表面，與第二個光探測器芯片的硅襯底面接觸疊層，以次類推，疊層后第一個光探測器芯片的La0.7Te0.3MnO3薄膜表面上焊接φ0.2mm銅線的第一電極2；第三個光探測器芯片的硅襯底面焊接φ2mm的第二電極3。利用2根φ0.2mm銅電極做第一電極引線4和第二電極引線4’，在串聯后的光傳感器芯片1的兩表面各固定一第一金屬塊8和第二金屬塊9，第一電極引線4和第二電極引線4’可以通過第一金屬塊8和第二金屬塊9與光傳感器芯片1連接。所述的第一電極引線4和第二電極引線4’的一端分別與第一電極2和第二電極3連接，第一電極引線4和第二電極引線4′的另一端是信號輸出端；所述的光傳感器芯片1任意兩兩相對的側面作為被探測光從異質結材料的入射面。
實施例3參考圖3，選用在n型硅襯底上制作一層SrO緩沖層，再外延生長800nm厚的La0.95Ba0.05MnO3薄膜，用真空鍍膜方法在La0.95Ba0.05MnO3和Si的表面分別鍍白金薄膜，把鍍白金薄膜后的La0.95Ba0.05MnO3/Si異質結材料切割成15mm×3mm的矩形塊做光探測器芯片，用8塊15mm×3mm的La0.95Ba0.05MnO3/Si光探測器芯片串聯在一起制作光傳感器芯片1，第一個光探測器芯片的La0.95Ba0.05MnO3薄膜表面，與第二個光探測器芯片的硅襯底面接觸疊層，以次類推，將光傳感器芯片1疊層的側面作為被探測光的入射面。最外面的La0.95Ba0.05MnO3薄膜做第一電極2，最外面的n型硅襯底做第二電極3。再選一塊陶瓷絕緣片6、第一金屬塊8、U形的第二金屬塊9和金屬螺釘7；所述的第一金屬塊8固定在光傳感器芯片1第二電極3(或第一電極2)的面上，第一金屬塊8的另一面與陶瓷絕緣片6接觸，和一個U形第二金屬塊9的一端通過金屬螺釘7相連接；光傳感器芯片1的第一電極2(或第二電極3)通過金屬螺釘7′和U形第二金屬塊9的另一端連接；在第二金屬塊9內壁與第一金屬塊8之間連接第一電極引線4和第二電極引線4’，該兩根電極引線的另一端頭連接一0.01Ω的電阻5，并在第一電極引線4和第二電極引線4′上引出輸出端。
實施例4按實施例3的結構制作一超快寬波段高靈敏度光探測器，區別在于使用100塊15mm×3mm的La0.95Ba0.05MnO3/Si光探測器芯片串聯在一起制作光傳感器芯片1。
實施例5按實施例3的結構制作，選用1kΩ的電阻做電阻5。
選用n型硅片，其上外延10nm厚的SrTiO3作絕緣層，再在SrTiO3上外延生長300nm厚的La0.7Sr0.3MnO3薄膜制作異質結，形成La0.7Sr0.3MnO3/SrTiO3/Si三層異質，將該異質結材料切割成尺寸為1×0.5cm2的長方塊，共16塊光探測器芯片串聯在一起做光傳感器1，將光傳感器芯片1cm的側面作為被探測光的入射面。用氫氟酸去除硅片表面的氧化硅，用兩根φ0.1mm的銅線作電極引線4和4’，并用銦把第一電極引線4的一端焊接在光傳感器1最外面的La0.7Sr0.3MnO3薄膜第一電極2上，和用銦把第二電極引線4′的一端焊接在光傳感器1最外面的硅表面第二電極3上；選用1kΩ的導線作電阻5，并將其兩端分別與第一電極引線4和第二電極引線4′的輸出端焊接；把串聯在一起的光探測器芯片形成的光傳感器芯片1裝入一個銅探測器外殼內，用同軸電纜接頭引出輸出端。
實施例6按實施例1的結構制作，區別在于選用n型硅片，其上外延10nm厚的La0.99Ga0.01MnO3薄膜制作異質結，代替La0.7Sr0.3MnO3/Si兩層異質材料，制作由一個探測器芯片制作光傳感器芯片1的光探測器。
實施例7按實施例1的結構制作，區別在于選用n型硅片，其上外延10nm厚的La0.5Pb0.5MnO3薄膜制作異質結，代替La0.7Sr0.3MnO3/Si兩層異質材料，制作由一個探測器芯片制作光傳感器芯片1的光探測器。
實施例8按實施例1的結構制作，區別在于選用n型硅片，其上外延10nm厚的La0.34Pb0.33Ga0.33MnO3薄膜制作異質結，代替La0.7Sr0.3MnO3/Si兩層異質材料，制作由一個探測器芯片制作光傳感器芯片1的光探測器。
實施例9按實施例2的結構制作，選用2英寸p型硅片，在其上直接外延生長0.8nm厚、n型La0.7Ce0.3MnO3薄膜制備異質結材料，代替La0.7Te0.3MnO3/Si異質結材料，制作由3個探測器芯片制作光傳感器芯片1的光探測器。
實施例10按實施例2的結構制作，區別在于選用2英寸p型硅片，在其上直接外延生長5μm厚、n型La0.7Sb0.33MnO3薄膜制備異質結材料，代替La0.7Te0.3MnO3/Si異質結材料，制作由3個探測器芯片制作光傳感器芯片1的光探測器。
實施例11按實施例1的結構制作，區別在于選用n型硅片，其上外延10nm厚的La0.7Nb0.3MnO3薄膜制作異質結，代替La0.7Sr0.3MnO3/Si兩層異質材料，制作由一個探測器芯片制作光傳感器芯片1的光探測器。
實施例12按實施例1的結構制作，區別在于選用P型硅片，在其上外延100nm厚的SrNb0.2Ti0.8O3薄膜制作異質結，代替La0.7Sr0.3MnO3/Si兩層異質材料，制作由一個探測器芯片制作光傳感器芯片1的光探測器。
實施例13按實施例1的結構制作，區別在于選用P型硅片，在其上外延100nm厚的SrSb0.01Ti0.09O3薄膜制作異質結，代替La0.7Sr0.3MnO3/Si兩層異質材料，制作由一個探測器芯片制作光傳感器芯片1的光探測器。
實施例14按實施例1的結構制作，選用n型硅片，在其上外延100nm厚的SrIn0.5Ti0.5O3薄膜制作異質結，代替La0.7Sr0.3MnO3/Si兩層異質材料，制作由一個探測器芯片制作光傳感器芯片1的光探測器。
實施例15按實施例1的結構制作，區別在于選用n型硅片，在其上外延100nm厚的SrMn0.5Ti0.5O3薄膜制作異質結，代替La0.7Sr0.3MnO3/Si兩層異質材料，制作由一個探測器芯片制作光傳感器芯片1的光探測器。
實施例16按實施例1的結構制作，區別在于選用n型硅片，在其上外延100nm厚的SrTa0.3Ti0.75O3薄膜制作異質結，代替La0.7Sr0.3MnO3/Si兩層異質材料，制作由一個探測器芯片制作光傳感器芯片1的光探測器。
實施例17按實施例1的結構制作，區別在于選用n型硅片，在其上外延300nm厚的SrW0.5Ti0.5O3薄膜制作異質結，代替La0.7Sr0.3MnO3/Si兩層異質材料，制作由一個探測器芯片制作光傳感器芯片1的光探測器。
實施例18按實施例1的結構制作，區別在于選用n型硅片，在其上外延100nm厚的SrMg0.5Ti0.5O3薄膜制作異質結，代替La0.7Sr0.3MnO3/Si兩層異質材料，制作由一個探測器芯片制作光傳感器芯片1的光探測器。
實施例19按實施例1的結構制作，區別在于選用n型硅片，在其上外延0.8nm厚的Sr0.9La0.1TiO3薄膜制作異質結，代替La0.7Sr0.3MnO3/Si兩層異質材料，制作由一個探測器芯片制作光傳感器芯片1的光探測器。
實施例20按實施例1的結構制作，區別在于選用n型硅片，在其上外延5μm厚的Sr0.9Y0.1TiO3薄膜制作異質結，代替La0.7Sr0.3MnO3/Si層異質材料，制作由一個探測器芯片制作光傳感器芯片1的光探測器。
實施例21按實施例1的結構制作，區別在于選用n型硅片，在其上外延400nm厚的Sr0.9Gd0.1TiO3薄膜制作異質結，代替La0.7Sr0.3MnO3/Si兩層異質材料，制作由一個探測器芯片制作光傳感器芯片1的光探測器。
實施例22按實施例1的結構制作，區別在于選用n型硅片，在其上外延500nm厚的Sr0.9Sm0.1TiO3薄膜制作異質結，代替La0.7Sr0.3MnO3/Si兩層異質材料，制作由一個探測器芯片制作光傳感器芯片1的光探測器。
實施例23按實施例1的結構制作，區別在于選用n型硅片，在其上外延5μm厚的Sr0.9Dy0.1TiO3薄膜制作異質結，代替La0.7Sr0.3MnO3/Si兩層異質材料，制作由一個探測器芯片制作光傳感器芯片1的光探測器。
實施例24按實施例1的結構制作，區別在于選用n型硅片，在其上外延200nm厚的SrFe0.3Ti0.7O3薄膜制作異質結，代替La0.7Sr0.3MnO3/Si兩層異質材料，制作由一個探測器芯片制作光傳感器芯片1的光探測器。
實施例25按實施例1的結構制作，區別在于選用P型硅片，在其上外延100nm厚的BaNb0.2Ti0.8O3薄膜制作異質結，代替La0.7Sr0.3MnO3/Si兩層異質材料，制作由一個探測器芯片制作光傳感器芯片1的光探測器。
實施例26按實施例1的結構制作，區別在于選用P型硅片，在其上外延100nm厚的BaSb0.01Ti0.09O3薄膜制作異質結，代替La0.7Sr0.3MnO3/Si兩層異質材料，制作由一個探測器芯片制作光傳感器芯片1的光探測器。
實施例27按實施例1的結構制作，區別在于選用n型硅片，在其上外延100nm厚的BaIn0.5Ti0.5O3薄膜制作異質結，代替La0.7Sr0.3MnO3/Si兩層異質材料，制作由一個探測器芯片制作光傳感器芯片1的光探測器。
實施例28按實施例1的結構制作，區別在于選用n型硅片，在其上外延100nm厚的BaMn0.5Ti0.5O3薄膜制作異質結，代替La0.7Sr0.3MnO3/Si兩層異質材料，制作由一個探測器芯片制作光傳感器芯片1的光探測器。
實施例29按實施例1的結構制作，區別在于選用n型硅片，在其上外延100nm厚的BaTa0.3Ti0.75O3薄膜制作異質結，代替La0.7Sr0.3MnO3/Si兩層異質材料，制作由一個探測器芯片制作光傳感器芯片1的光探測器。
實施例30
按實施例1的結構制作，區別在于選用n型硅片，在其上外延300nm厚的BaW0.5Ti0.5O3薄膜制作異質結，代替La0.7Sr0.3MnO3/Si兩層異質材料，制作由一個探測器芯片制作光傳感器芯片1的光探測器。
實施例31按實施例1的結構制作，區別在于選用n型硅片，在其上外延100nm厚的BaMg0.5Ti0.5O3薄膜制作異質結，代替La0.7Sr0.3MnO3/Si兩層異質材料，制作由一個探測器芯片制作光傳感器芯片1的光探測器。
實施例32按實施例1的結構制作，區別在于選用n型硅片，在其上外延0.8nm厚的Ba0.9La0.1TiO3薄膜制作異質結，代替La0.7Sr0.3MnO3/Si兩層異質材料，制作由一個探測器芯片制作光傳感器芯片1的光探測器。
實施例33按實施例1的結構制作，區別在于選用n型硅片，在其上外延5μm厚的Ba0.9Y0.1TiO3薄膜制作異質結，代替La0.7Sr0.3MnO3/Si兩層異質材料，制作由一個探測器芯片制作光傳感器芯片1的光探測器。
實施例34按實施例1的結構制作，區別在于選用n型硅片，在其上外延400nm厚的Ba0.9Gd0.1TiO3薄膜制作異質結，代替La0.7Sr0.3MnO3/Si兩層異質材料，制作由一個探測器芯片制作光傳感器芯片1的光探測器。
實施例35按實施例1的結構制作，區別在于選用n型硅片，在其上外延500nm厚的Ba0.9Sm0.1TiO3薄膜制作異質結，代替La0.7Sr0.3MnO3/Si兩層異質材料，制作由一個探測器芯片制作光傳感器芯片1的光探測器。
實施例36按實施例1的結構制作，區別在于選用n型硅片，在其上外延5μm厚的Ba0.9Dy0.1TiO3薄膜制作異質結，代替La0.7Sr0.3MnO3/Si兩層異質材料，制作由一個探測器芯片制作光傳感器芯片1的光探測器。
實施例37按實施例1的結構制作，區別在于選用n型硅片，在其上外延200nm厚的BaFe0.3Ti0.7O3薄膜制作異質結，代替La0.7Sr0.3MnO3/Si兩層異質材料，制作由一個探測器芯片制作光傳感器芯片1的光探測器。
實施例38參考圖3，選用在p型硅襯底，在其表面外延生長400nm厚的SrNb0.3Ti0.7O3薄膜制備SrNb0.3Ti0.7O3/Si異質結，用磁控濺射方法在SrNb0.3Ti0.7O3和Si的表面分別鍍白金薄膜，把鍍白金薄膜后的SrNb0.3Ti0.7O3/Si異質結材料切割成15mm×4mm的矩形塊做光探測器芯片，用20塊15mm×4mm的SrNb0.3Ti0.7O3/Si光探測器芯片串聯在一起制作光傳感器芯片1，第一個光探測器芯片的SrNb0.3Ti0.7O3薄膜表面，與第二個光探測器芯片的硅襯底面接觸疊層，以次類推，將光傳感器芯片1疊層的側面作為被探測光的入射面。最外面的SrNb0.3Ti0.7O3薄膜做第一電極2，最外面的p型硅襯底做第二電極3。再選一塊尼龍做絕緣片6、第一金屬塊8、U形的第二金屬塊9和金屬螺釘7；所述的第一金屬塊8固定在光傳感器芯片1第二電極3(或第一電極2)的面上，第一金屬塊8的另一面與陶瓷絕緣片6接觸，和一個U形第二金屬塊9的一端通過金屬螺釘7相連接；光傳感器芯片1的第一電極2(或第二電極3)通過金屬螺釘7′和U形第二金屬塊9的另一端連接；在第二金屬塊9內壁與第一金屬塊8之間連接第一電極引線4和第二電極引線4′，第一電極引線4和第二電極引線4′的另一端頭連接一0.01Ω的電阻5，并在第一電極引線4和第二電極引線4′上引出輸出端，制備由20個探測器芯片串聯制作光傳感器芯片1的光探測器。
實施例39按實施例38的結構制作，區別在于第一電極引線4和第二電極引線4′的另一端頭不連接電阻5，直接引出輸出端。
實施例40
按實施例38的結構制作，區別在于用聚四氟乙烯代替尼龍做絕緣片7。
實施例41按實施例38的結構制作，區別在于用玻璃鋼代替尼龍做絕緣片7。
實施例42按實施例38的結構制作，區別在于選用在p型硅襯底，在其表面外延生長400nm厚的BaNb0.3Ti0.7O3薄膜制備BaNb0.3Ti0.7O3/Si異質結，代替SrNb0.3Ti0.7O3/Si異質結，制備由20個探測器芯片串聯制作光傳感器芯片1的光探測器。
權利要求
1.一種用摻雜氧化物和硅異質結材料制的超快寬波段光探測器，包括外殼，光傳感器芯片(1)，在光傳感器芯片(1)的硅襯底上制作第二電極(3)，在光傳感器芯片(1)的摻雜氧化物薄膜上制作第一電極(2)，兩個電極分別第一電極引線(4)和第二電極引線(4’)；其特征在于還包括第一金屬塊(8)和第二金屬塊(9)，第一電極引線(4)和第二電極引線(4’)通過第一金屬塊(8)和第二金屬塊(9)固定在光傳感器芯片(1)，或用銦或錫焊接或導電膠連接；所述的第一電極引線(4)和第二電極引線(4’)的一端分別與第一電極(2)和第二電極(3)連接，第一電極引線(4)和第二電極引線(4’)的另一端是信號輸出端；光傳感器芯片(1)的兩兩相對的側面為被探測光的入射面，光傳感器芯片(1)安裝在一個金屬外殼內，用同軸電纜接頭引出輸出端。
2.按權利要求1所述的用摻雜氧化物和硅異質結材料制的超快寬波段光探測器，其特征在于還包括光傳感器由N個摻雜氧化物和硅異質結材料制作的光傳感器芯片1串聯組成，其中第一個光傳感器芯片(1)的摻雜氧化物表面與第二個光傳感器芯片(1)的硅襯底面接觸疊層，疊層后最外面的摻雜氧化物薄膜上的電極為第一電極(2)，最外面的硅襯底上的電極為第二電極(3)，光傳感器芯片(1)的兩兩相對的側面為被探測光的入射面，所述的N為2-100塊。
3.按權利要求1和2所述的用摻雜氧化物和硅異質結材料制的超快寬波段光探測器，其特征在于還包括一電阻(5)；電阻(5)的兩端分別和兩根電極引線(4)的信號輸出端連接。電阻5其阻值為0.01Ω～1kΩ。
4.按權利要求1和2所述的用摻雜氧化物和硅異質結材料制的超快寬波段光探測器，其特征在于所述的摻雜氧化物和硅異質結材料制成的光傳感器芯片(1)，包括在硅片襯底上生長一層摻雜鈦酸鍶薄膜層是Sr1-xRxTiO3或SrMyTi1-yO3，摻雜鈦酸鍶薄膜的厚度為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值為0.005～0.5，y值為0.01～0.5做成的芯片。
5.按權利要求1和2所述的用摻雜氧化物和硅異質結材料制的超快寬波段光探測器，其特征在于所述的摻雜氧化物和硅異質結材料制成的光傳感器芯片(1)，包括在硅片襯底上生長一層摻雜鈦酸鋇薄膜層是Ba1-xQxTiO3或BaNyTi1-yO3，摻雜鈦酸鋇薄膜的厚度為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值為0.01～0.5做成的芯片。
6.按權利要求1和2所述的用摻雜氧化物和硅異質結材料制的超快寬波段光探測器，其特征在于在硅片襯底上生長一層摻雜錳酸鑭薄膜層S1-xTxMnO3，摻雜錳酸鑭薄膜的厚度為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值為0.01～0.5做成的芯片。
全文摘要
本發明涉及利用摻雜氧化物和硅異質結材料制作的超快響應、寬頻段、高靈敏度和抗輻射光探測器，包括外殼，光傳感器，第一電極，第二電極，兩根電極引線，絕緣片，第一金屬塊，第二金屬塊和金屬螺釘；所述的光傳感器是由一個或多個串聯的摻雜氧化物和硅異質結材料探測器芯片組成。光傳感器被安裝在一個金屬外殼內，用同軸電纜接頭引出輸出端。該探測器為光生伏特型光電探測器，當光照射后直接產生電壓信號，不需要任何輔助的電源和電子電路。其響應波段從紫外到遠紅外，可響應飛秒脈寬的激光脈沖，響應速度達到ps，可探測脈沖寬度為幾百個ps的脈沖激光波形，不僅具有很高的靈敏度，并具有很強的抗輻射能力。
文檔編號G01J9/00GK1892191SQ20051008270
公開日2007年1月10日 申請日期2005年7月6日 優先權日2005年7月6日
發明者呂惠賓, 何萌, 黃延紅, 趙昆, 金奎娟, 陳正豪, 周岳亮, 楊國楨 申請人:中國科學院物理研究所
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