CN110926604A - 一种基于铬-铌共掺杂二氧化钒外延薄膜的光热探测单元 - Google Patents
一种基于铬-铌共掺杂二氧化钒外延薄膜的光热探测单元 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于铬‑铌共掺杂二氧化钒外延薄膜的光热探测单元，该光热探测单元包括衬底层、生长在衬底层之上的铬‑铌共掺杂二氧化钒外延薄膜、位于薄膜上的电极层。本发明采用铬‑铌共掺杂二氧化钒外延薄膜作为感光层，与传统的氧化钒(包括二氧化钒等多种物相)光热探测单元相比，具有线性度高、迴滞小、温度响应范围宽且波长可分辨等优势；且与目前商业化的光热探测器相比，本发明的光热探测单元结构简单，易于工业化生产；同时，该光热探测器是非制冷型的，不需要低温工作环境，可应用在微测辐射热计或温度传感器等。
Description
技术领域
本发明属于电子信息和新材料两大技术领域，涉及电子信息领域中的敏感元器件传感器与工艺技术，以及新材料领域的半导体新材料制备与应用技术、光电子新材料制备与应用技术、智能传感器件用新材料制备与应用技术等。本发明具体涉及一种高线性度、低迴滞、宽响应范围、波长可分辨的基于铬-铌共掺杂二氧化钒外延薄膜的光热探测单元。
背景技术
光电探测技术在工业生产及控制、消费电子器件、汽车等领域有着广泛的应用，光电探测过程中最重要的硬件部分就是：光电、光-热-电探测单元或传感器。根据探测单元或传感器的工作原理，可以分为光子型探测器和热敏型探测器，其中：光子型探测器又分为光电导探测器、光伏探测器和光电子发射探测器；热敏型探测器又分为热释电探测器、温差热电堆探测器和微测辐射热计探测器。在热敏型探测器中，微测辐射热计探测器因制作工艺与CMOS集成电路相兼容、成本低、可大规模生产，且性能优良、易于操作无需斩波，成为目前发展最快、应用前景广阔的一种光热型探测器，特别在红外探测领域有着重要的应用。
由于非致冷型微测辐射热计不需要外加低温条件，即可在常规条件下使用，因此，非致冷型微测辐射热计在应用中最为广泛。目前，用于制备非致冷型微测辐射热计的材料有多种，主要分为：金属薄膜和半导体薄膜两大类。金属薄膜有铂、铜、镍、钛等，由于它们电阻率低、电阻温度系数较小，在实际中并未得到大量的应用，且这些贵金属材料很昂贵，大规模应用成本很高。而氧化钒(VOX)、硅锗合金等化合物半导体以及非晶硅等的薄膜则在非致冷微测辐射热计中获得大量的应用，特别是氧化钒薄膜材料。氧化钒电阻阻值一般控制在数千欧至数百千欧，表现出良好的电阻温度系数(TCR)，一般可达到-2％/℃。另外，氧化钒薄膜电阻与读出电路具有良好的匹配性，便于***结构的设计和优化，这些优势使得氧化钒成为非致冷微测辐射热计探测器首选材料之一。其中，VO2薄膜表现出良好的TCR性能，可以达到～-67％/℃的水平，一直是国内外研究的热点材料。但是，VO2薄膜用作非致冷微测辐射热计探测器材料也面临着一些挑战：(一)VO2薄膜相变温度过低导致其温度探测范围窄；(二)在相变区，电阻曲线具有明显的迴滞特性，导致TCR曲线线性度差；(三)VO2薄膜对光波长的分辨能力差。这些缺点与不足大大阻碍了VO2薄膜的应用步伐。
综上所述：传统材料用作光-热-电探测器成本太高，不利于大规模应用；化合物半导体薄膜材料成为非致冷型候选材料，尽管作为其中典型代表的VO2薄膜具有明显优势，但也有探测范围窄、线性度差、温度迴滞大等不足。
发明内容
为避免上述现有技术的不足，本发明提供了一种基于铬-铌共掺杂二氧化钒外延薄膜的光热探测单元，以提高VO2外延薄膜作为非制冷型光热探测器的线性度、拓宽测量范围，并降低温度迴滞，进而克服以氧化钒(VOX)薄膜为代表的非致冷型微测辐射热计材料的缺点与不足。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于铬-铌共掺杂二氧化钒外延薄膜的光热探测单元，其特点在于：所述光热探测单元为叠层结构，自下而上依次包括衬底层、生长在所述衬底层上的薄膜层及设置在所述薄膜层上的电极层；所述电极层上设置有电极引线，用于连接外部电路；
所述薄膜层为铬-铌共掺杂二氧化钒外延薄膜，用于作为光热探测单元的感光层，可吸收光而产生热量，使温度升高，从而使所述薄膜层的电阻值变小；所述电极层用于测量所述薄膜层电阻值，并通过电极引线送入外部电路，进而实现光热探测功能。
进一步地，所述衬底层的选择原则是：所述薄膜层可以在所述衬底层上实现外延生长。如所述衬底层优先选择成本低的三氧化二铝(Al2O3)晶体，也可以是钙钛矿类单晶SrTiO3、LaAlO3等，或六方对称的GaN、ZnO单晶，或立方对称的Si、ZrO2单晶等。
进一步地，所述衬底层具有较好的绝缘性，如本征半导体或绝缘体，以便于所述薄膜层电阻信号的读出，如具体可选择高绝缘特性的Al2O3单晶作为所述衬底层。
进一步地，所述衬底层的厚度为0.1mm～1mm，可以对其上部分进行力学支撑。
进一步地，所述铬-铌共掺杂二氧化钒外延薄膜为VxCryNbzO2，掺杂比例按原子比计算，x＝0.70～0.85、y＝0.10～0.20、z＝0.02～0.10，且x+y+z＝1。如可选择x＝0.75、y＝0.17、z＝0.08的原子比例，制备铬-铌共掺杂的V0.75Cr0.17Nb0.08O2外延薄膜。
进一步地，所述铬-铌共掺杂二氧化钒外延薄膜是通过溅射、脉冲激光沉积、分子束外延或旋涂法在所述衬底层表面生长获得。如可选择溅射法制备高质量的铬-铌共掺杂二氧化钒外延薄膜。
进一步地，所述薄膜层厚度为20～300nm，以保证对光的充分吸收。如所述薄膜层的厚度可设置为100nm。
本发明选用铬-铌共掺杂VO2外延薄膜，具有比未掺杂的VO2外延薄膜更好的电阻-温度线性度(其对数电阻-温度的线性范围可以达到-190℃～120℃)、更小的迴滞温度(未掺杂VO2外延薄膜的迴滞温度在相变区内为10℃以上；铬-铌共掺杂VO2外延薄膜的迴滞温度在相变区内降低至2℃以下，甚至无迴滞温度)以及更宽的测量范围。
进一步地，所述铬-铌共掺杂二氧化钒外延薄膜具有分辨外界入射光波长的能力。如可根据所述光热探测单元电阻对不同波长光响应不同(电阻-功率关系的斜率不同)，分辨探测光的波长。
进一步地，所述电极层与所述薄膜层之间为欧姆接触，进而保证良好的导电性。所述电极层优先选择成本较低的Al，也可以是Cu、Pt、Pt/Ti或Au/Ti电极等，用以读出所述光热探测单元的电阻。所述电极层的厚度在20～200nm。
进一步地，所述电极层可以通过微电子工艺进行图案化而形成。如可采用掩膜版形成四个区域的电极层。
进一步地，所述电极引线优先采用成本低的Al，也可以是Pt、Au等电极引线材料，将所述光热探测单元的信号送入外部电路中，完成信号探测功能。
与已有技术相比，本发明有益效果体现在：
1、本发明的光热探测单元为非制冷型探测单元，不需要低温工作环境，易于应用；且本发明的光热探测单元结构简单、体积小，易于集成，可构成大规模探测阵列。
2、本发明的光热探测单元选用铬-铌共掺杂VO2外延薄膜，与传统的未掺杂氧化钒或二氧化钒探测单元相比，具有更高的线性度、更小的迴滞温度、更宽的温度测量范围和对波长的可分辨能力。
3、本发明基于铬-铌共掺杂VO2外延薄膜的光电探测单元，与传统的未掺杂氧化钒或二氧化钒探测单元相比，可以在变温环境(-190℃～120℃)下正常工作。
附图说明
图1为本发明提出的光热探测单元的三维示意图。
图2为本发明光热探测单元的侧面示意图。
图3为本发明实施例1利用溅射技术制备铬-铌共掺杂二氧化钒外延薄膜的示意图。
图4为本发明实施例1所得V0.75Cr0.17Nb0.08O2外延薄膜的XRD衍射图谱，其中图4(a)为面外对称XRD衍射图谱、图4(b)为面内XRD衍射图谱。
图5为本发明实施例1光热探测单元的电阻-温度曲线。
图6为本发明实施例1基于掺杂和未掺杂VO2外延薄膜的光热探测单元的电阻-温度曲线。
图7为本发明实施例2基于掺杂(对应图7(a))和未掺杂(对应图7(b))VO2外延薄膜的光热探测单元在室温(25℃)条件下，其光热响应的电阻值与入射光照功率之间的关系。
图8为本发明实施例3基于掺杂(对应图8(a))和未掺杂(对应图8((b))VO2外延薄膜的光热探测单元在50℃条件下，其光热响应的电阻值与入射光照功率之间的关系。
图9为本发明实施例4基于掺杂(对应图9(a))和未掺杂(对应图9(b))VO2外延薄膜的光热探测单元在60℃条件下，其光热响应的电阻值与入射光照功率之间的关系。
图10为本发明实施例5基于掺杂(对应图10(a))和未掺杂(对应图10(b))VO2外延薄膜光热探测单元在70℃条件下，其光热响应的电阻值与入射光照功率之间的关系。
图11为本发明实施例6基于掺杂(对应图11(a))和未掺杂(对应图11(b))VO2外延薄膜光热探测单元在80℃条件下，其光热响应的电阻值与入射光照功率之间的关系。
图12为本发明实施例7基于铬-铌共掺杂二氧化钒外延薄膜光热探测单元在不同波长的光照条件下，其光热响应的电阻值与入射光照功率之间的关系。
图13为本发明实施例8基于铬-铌共掺杂二氧化钒外延薄膜光热探测单元的阵列探测器示意图。
图中标号：1为衬底层；2为薄膜层；3为电极层；4为电极引线。
具体实施方式
为了使本发明的结构特点和技术优点更加清楚明白，下面结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当明白，以下所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而非限制本发明。
研究发现，制约光-热-电探测器技术发展的主要因素有：(一)传统材料，例如Pt等贵金属，成本高，不利于大规模应用；(二)传统材料的TCR较小，导致器件的灵敏度低；(三)化合物半导体薄膜材料成为非致冷型光-热-电探测器的候选材料，但是，有的探测范围窄，有的线性度差，有的温度迴滞大，尚处于研究或优化阶段。基于上述考虑，本发明提出利用铬-铌共掺杂VO2外延薄膜来制备光热探测单元的工艺与技术，可以拓宽光-热-电探测单元的测量范围、线性度，降低温度迴滞，并且本发明也提供一种分辨外界入射光波长的方法。
本发明提出的光热探测单元，如图1和图2所示，为叠层结构，自下而上依次包括衬底层1、外延生长在衬底层1上的薄膜层2及设置在薄膜层2上的电极层3；电极层3上设置有电极引线4，用于连接外部电路；
薄膜层2为铬-铌共掺杂二氧化钒外延薄膜，用于作为光热探测单元的感光层，可吸收光而产生热量，使温度升高，从而使薄膜层2的电阻值变小；电极层3用于测量薄膜层2的电阻值，通常采用四电极法以消除接触电阻；通过电极引线4接入外部电路，分析电阻变化情况，探测光功率的大小，进而实现光热探测功能。而且，该探测单元通过其对不同波长光照的响应差别，分辨出波长。
根据本发明的一种具体实施方式，衬底层1优先选择成本低的三氧化二铝(Al2O3)晶体，也可以是钙钛矿类单晶SrTiO3、LaAlO3等，或六方对称的GaN、ZnO单晶以及立方对称的Si、ZrO2单晶等。选择原则是：铬-铌共掺杂VO2外延薄膜可以在衬底层上实现外延生长。例如本发明中的一种实施方式为采用了(0001)取向的Al2O3单晶作为衬底层。
根据本发明的一种具体实施方式，衬底层需要具有较好的绝缘性，以利于薄膜层电阻信号的读出。例如本发明中的一种实施方式选择了高绝缘特性的Al2O3单晶作为衬底层。
根据本发明的一种具体实施方式，衬底层晶体的厚度为0.1mm～1mm，可以对其上部分进行力学支撑。例如本发明中的一种实施方式选择了0.5mm厚的Al2O3单晶作为衬底层，对其上所有层实现力学支撑。
根据本发明的一种具体实施方式，铬-铌共掺杂二氧化钒外延薄膜为VxCryNbzO2。掺杂比例按原子比计算，x＝0.70～0.85、y＝0.10～0.20、z＝0.02～0.10，且保证x+y+z＝1。例如本发明中的一种实施方式选择了x＝0.75、y＝0.17、z＝0.08的原子比例，制备了高质量的铬-铌共掺杂V0.75Cr0.17Nb0.08O2外延薄膜。
根据本发明的一种具体实施方式，薄膜层可以采用溅射、脉冲激光沉积、分子束外延和旋涂法等。例如本发明中的一种实施方式选择了溅射法制备铬-铌共掺杂V0.75Cr0.17Nb0.08O2外延薄膜。
根据本发明的一种具体实施方式，薄膜层厚度为20～300nm，足够的厚度可以保证对光的吸收。例如本发明中的一种实施方式选择了铬-铌共掺杂二氧化钒外延薄膜厚度为100nm；
根据本发明的一种具体实施方式，铬-铌共掺杂VO2外延薄膜，具有比未掺杂的VO2外延薄膜更好的电阻-温度线性度、更小的迴滞以及更宽的测量范围，其中对数电阻-温度的线性范围可以达到：-190℃～120℃。例如，在本发明中的一种实施方式中，V0.75Cr0.17Nb0.08O2外延薄膜的对数电阻-温度曲线线性范围是-33℃～120℃，而且在相变区几乎无温度迴滞。
根据本发明的一种具体实施方式，铬-铌共掺杂VO2外延薄膜的迴滞温度在相变区内比无掺杂VO2外延薄膜的10℃以上降低到2℃以下，甚至无迴滞温度。例如本发明中的一种实施方式表明V0.75Cr0.17Nb0.08O2外延薄膜在相变区50℃、60℃、70℃和80℃都具有很好光热探测功能。
根据本发明的一种具体实施方式，铬-铌共掺杂VO2外延薄膜具有对外界入射光波长的分辨能力，该光热探测单元电阻对不同波长光的响应不同(电阻-功率关系的斜率不同)，进而分辨探测光的波长。例如本发明中的一种实施方式，该光热探测单元可以很好的分辨532nm和633nm两种不同颜色的光。
根据本发明的一种具体实施方式，电极层优先选择成本较低的Al，也可以是Cu、Pt、Pt/Ti或Au/Ti电极等，用以读出光热探测单元的电阻。
根据本发明的一种具体实施方式，电极层厚度为20～200nm。例如本发明中的一种实施方式，选择了电极层厚度为20nm。
根据本发明的一种具体实施方式，电极层可以通过微电子工艺进行图案化而形成。例如本发明中的一种实施方式，采用了掩膜版形成四个区域的电极层。
根据本发明的一种具体实施方式，电极层与薄膜层之间为欧姆接触，保证良好的导电性。例如本发明中的一种实施方式，选择了Pt/Ti复合电极(Pt厚度20nm，Ti厚度10nm)作为电极层，可以很好地保证电极层与薄膜层之间为欧姆接触；
根据本发明的一种具体实施方式，电极引线优先采用成本低的Al，也可以是Pt、Au等电极引线材料，将光热探测单元的信号送入外部电路中，完成信号探测功能。例如本发明中的一种实施方式，选择了Au丝作为电极引线将光热探测单元信号引入外部电路。
下面通过具体实施例来进一步描述本发明，以使本发明的原理、技术方案和技术效果更加清楚。
实施例1
本实施例选择了0.5mm厚、(0001)取向的Al2O3单晶作为衬底层，面积大小为10mm×10mm。利用磁控溅射技术生长Cr-Nb共掺杂的二氧化钒薄膜，掺杂比例为V:Cr:Nb＝0.75:0.17:0.08。溅射生长条件是：靶材采用V、Cr、Nb相应比例的合金靶材，用氩气和氧气作为混合气体反应源，在射频功率源的作用下离化轰击靶材，如图3所示，溅射出来的离子或束团在电场作用在衬底上沉积，形成薄膜。氩气和氧气流量分别为50sccm和1.5sccm，生长气压为0.3Pa，生长温度为525℃，溅射功率为65W，生长时间为40分钟，相应薄膜厚度为100nm。另外，如图3所示，采用自下而上的溅射方式，一方面保证薄膜的均匀性，另一方面可以避免薄膜中大颗粒的形成，损坏薄膜的质量，不利于制备光热探测单元。
为了更好地理解本发明光热探测单元的制备方法，本实施例对Cr-Nb共掺杂的二氧化钒薄膜进行微结构表征。图4为V0.75Cr0.17Nb0.08O2外延薄膜的XRD衍射图谱，其中：图4(a)为面外对称衍射图谱，发现只有V0.75Cr0.17Nb0.08O2(020)和(040)面外衍射峰，其它衍射峰来自于衬底层，表明该薄膜在面外方向是高度取向生长的；图4(b)为面内XRD扫描，发现V0.75Cr0.17Nb0.08O2(220)峰具有6重对称性，与衬底层Al2O3(208)峰形成30o的间隔，表明该薄膜在面内也是高度取向生长的。因此，本实施例给出了光热探测单元薄膜层的制备方法，是进一步制备该探测单元的基础。
为了更好地理解本发明光热探测单元的制备方法，本实施例在制备好的薄膜上用掩膜版制备了四个电极。选择Pt/Ti复合电极(Pt厚度20nm，Ti厚度10nm)作为电极层，避免接触电阻的影响，用Au系作为电极引线连接电极层，形成光热探测单元。图5是利用输运***测量该光热探测单元的电阻-温度关系，测试的温度变化区间为240K到390K，变化范围为150K，折算成摄氏度为-33.15℃到116.85℃，变化范围为150℃，对数电阻-温度变化曲线近似一条直线，非常符合探测器设计的线性要求。此外，其升温的电阻变化曲线与降温的近乎重合，大幅度的减少了迴滞噪声对该光热探测单元性能的不利影响。
为了更好地理解本发明铬-铌共掺杂二氧化钒外延薄膜光热探测单元的制备方法以及性能，采用上述同样的溅射方法和工艺技术，本实施例制备了基于未掺杂的二氧化钒外延薄膜光热探测单元。图6为掺杂和未掺杂的探测单元的电阻-温度曲线，比较来看：升温时，未掺杂的VO2外延薄膜在320K到360K(相变区)电阻开始急剧下降，对数电阻相对温度的变化曲线呈现很强的非线性；降温时，未掺杂的VO2外延薄膜在360K到320K(相变区)电阻开始急剧上升，对数电阻相对温度的变化曲线也呈现很强的非线性，而且在此区间升温电阻变化曲线与降温电阻变化曲线表现出高达10K的温度迴滞，不符合探测器设计的基本要求。而在本实施例的铬-铌共掺杂VO2外延薄膜光热探测单元中，对数电阻-温度的变化曲线呈现极好的线性特征，在240K至390K范围内几乎没有温度迴滞。因此，本发明铬-铌共掺杂二氧化钒外延薄膜光热探测单元的探测范围大大拓宽了，特别地，在高温段，本发明提出的光热探测单元仍然可以工作，这为该类探测单元应用在一些高温环境奠定了基础。
实施例2
本实施例为未掺杂与掺杂的光热探测单元在室温(25℃)条件下，电阻与入射光功率之间的变化关系。采用的是实施例1中的未掺杂和掺杂情况下的光热探测单元。如图7(a)和(b)所示，在室温条件下，两种情况的光热探测单元的电阻值与光功率之间均呈现很好的线性关系，表明本发明提出的光热探测单元可以用作光探测单元或器件、温度传感器等。
实施例3
本实施例为未掺杂与掺杂的光热探测单元在50℃条件下，电阻与入射光功率之间的变化关系。采用的是实施例1中的未掺杂和掺杂情况下的光热探测单元。如图8(a)所示，在50℃条件下，掺杂的光热探测单元的电阻值与光功率之间呈现很好的线性关系，表明本发明提出的掺杂的光热探测单元可以用作光探测单元或器件、温度传感器等。但是，如图8(b)所示，未掺杂的光热探测单元的电阻值与光功率之间不再是线性关系，无法满足电阻与光功率之间线性关系，不能应用在光探测单元或器件、温度传感等领域。
实施例4
本实施例为未掺杂与掺杂的光热探测单元在60℃条件下，电阻随着入射光功率之间的变化关系。未掺杂情况采用的是实施例1中的光热探测单元；掺杂情况采用的是V0.73Cr0.19Nb0.08O2外延薄膜光热探测单元，薄膜及其探测单元采用与实施例1同样的制备技术和工艺。如图9(a)所示，在60℃条件下，掺杂的光热探测单元的电阻值与光功率之间呈现很好的线性关系，表明本发明提出的掺杂的光热探测单元可以用作光探测单元或器件、温度传感器等。但是，如图9(b)所示，未掺杂的光热探测单元的电阻值与光功率之间不再是线性关系，无法满足电阻与光功率之间线性关系，不能应用在光探测单元或器件、温度传感等领域。
实施例5
本实施例为未掺杂与掺杂的光热探测单元在70℃条件下，电阻与入射光功率之间的变化关系。未掺杂情况采用的是实施例1中的光热探测单元；掺杂情况采用的是V0.78Cr0.14Nb0.08O2外延薄膜光热探测单元，薄膜及其探测单元采用与实施例1同样的制备技术和工艺。如图10(a)所示，在70℃条件下，掺杂的光热探测单元的电阻值与光功率之间呈现较好的线性关系，表明本发明提出的掺杂的光热探测单元可以用作光探测单元或器件、温度传感器等。但是，如图10(b)所示，未掺杂的光热探测单元的电阻值与光功率之间不再是线性关系，无法满足电阻与光功率之间线性关系，不能应用在光探测单元或器件、温度传感等领域。
实施例6
本实施例为未掺杂与掺杂的光热探测单元在80℃条件下，电阻随着入射光功率之间的变化关系。未掺杂情况采用的是实施例1中的光热探测单元；掺杂情况采用的是V0.8Cr0.15Nb0.05O2外延薄膜光热探测单元，薄膜及其探测单元采用与实施例1同样的制备技术和工艺。如图11(a)所示，在80℃条件下，掺杂的光热探测单元的电阻值与光功率之间呈现较好的线性关系，表明本发明提出的掺杂的光热探测单元可以用作光探测单元或器件、温度传感器等。但是，如图11(b)所示，未掺杂的光热探测单元的电阻值与光功率之间不再是线性关系，无法满足电阻与光功率之间线性关系，不能应用在光探测单元或器件、温度传感等领域。
因此，对比实施例2至6，不难发现，多种掺杂比例情况下，基于铬-铌共掺杂二氧化钒外延薄膜制备的光热探测单元皆具备线性度好、迴滞温度小和工作温度范围宽等优点。
实施例7
为了更好地理解本发明铬-铌共掺杂二氧化钒外延薄膜光热探测单元的制备方法以及性能，本实施例利用铬-铌共掺杂二氧化钒外延薄膜光热探测单元探测两种不同颜色光照条件下的光-热-电响应性能。采用实施例1中掺杂情况的光热探测单元，在不同波长的光照条件下，其光热响应的电阻值与入射光照功率之间的关系示于图12中，可以看到，不同波长情况下，光热探测单元有不同的响应，尽管光热探测单元电阻与功率之间呈现很好的线性关系，但是两条直线具有不同的斜率。如图12所示，在532nm的光照(激光)情况下，电阻与功率关系直线的斜率为-91.16Ω/mW；在633nm的光照(激光)情况下，电阻与功率关系直线的斜率为-72.98Ω/mW。可见，在不同波长光照条件下，可利用该光热探测单元响应的差别(斜率不同)来分辨光照的波长。
实施例8
为了更好地理解本发明铬-铌共掺杂二氧化钒外延薄膜光热探测单元的制备方法以及性能，并且对该发明可能的应用提供设计指导，本实施例提供一种基于该发明光热探测单元的阵列探测器设计思路。图13是基于本发明共掺杂二氧化钒外延薄膜探测单元的阵列探测器示意图。该探测器由4×4矩形排列的光热探测单元构成，配置四电极构型，减小接触电阻。每个探测单元的光热探测信号由四个电极引线引入到外部处理电路中，经过分析对外界光照情况进行成像，因此，基于本发明的光热探测单元可在探测器面阵中得到应用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于铬-铌共掺杂二氧化钒外延薄膜的光热探测单元，其特征在于：所述光热探测单元为叠层结构，自下而上依次包括衬底层(1)、生长在所述衬底层(1)上的薄膜层(2)及设置在所述薄膜层(2)上的电极层(3)；所述电极层(3)上设置有电极引线(4)，用于连接外部电路；
所述薄膜层(2)为铬-铌共掺杂二氧化钒外延薄膜，用于作为光热探测单元的感光层，可吸收光而产生热量，使温度升高，从而使所述薄膜层(2)的电阻值变小；所述电极层(3)用于测量所述薄膜层(2)的电阻值，并通过电极引线(4)送入外部电路，进而实现光热探测功能。
2.根据权利要求1所述的光热探测单元，其特征在于：所述衬底层(1)为可实现所述薄膜层(2)外延生长的绝缘衬底或半导体衬底，所述衬底层(1)的厚度为0.1mm～1mm。
3.根据权利要求1所述的光热探测单元，其特征在于：所述铬-铌共掺杂二氧化钒外延薄膜为VxCryNbzO2，掺杂比例按原子比计算，x＝0.70～0.85、y＝0.10～0.20、z＝0.02～0.10，且x+y+z＝1。
4.根据权利要求1或3所述的光热探测单元，其特征在于：所述铬-铌共掺杂二氧化钒外延薄膜是通过溅射、脉冲激光沉积、分子束外延或旋涂法在所述衬底层(1)表面外延生长获得。
5.根据权利要求1或3所述的光热探测单元，其特征在于：所述薄膜层(2)厚度为20～300nm。
6.根据权利要求1或3所述的光热探测单元，其特征在于：所述铬-铌共掺杂二氧化钒外延薄膜具有分辨外界入射光波长的能力。
7.根据权利要求1所述的光热探测单元，其特征在于：所述电极层(3)与所述薄膜层(2)之间为欧姆接触。
8.根据权利要求7所述的光热探测单元，其特征在于：所述电极层(3)的厚度在20～200nm；所述电极层为Al、Cu、Pt、Pt/Ti或Au/Ti电极。
9.根据权利要求1所述的光热探测单元，其特征在于：所述电极引线(4)为Al、Pt或Au引线。
10.根据权利要求1所述的光热探测单元，其特征在于：所述光热探测单元为非制冷型探测单元。
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