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光学热探测装置及制备方法

阅读：2发布：2020-08-26

专利汇可以提供光学热探测装置及制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本申请涉及一种光学热探测装置及制备方法，具体涉及光学设备领域，本申请通过在衬底上设置热敏感线，在热敏感线上设置多个金属盘，并在该热敏感线上设置二氧化硅层，在该二氧化硅层上设置TCO 薄膜，并且该热敏感线和该TCO薄膜均连接有电极，通过改变电极上的电流大小，从而改变TCO薄膜的折射率，则该金属盘吸收光的波长也相应的发生改变，该金属盘产生的热量也发生改变，因为热敏感线的电阻会随着周围温度的改变而改变，所以当金属盘吸收的入射光波长发生改变时，通过该热敏感线电阻的变化可以直接得到该金属盘吸收的入射光的波长，即可以通过改变电极电流大小，改变该光学热探测装置吸收光的波长，并通过热敏感线电阻的变化得到吸收入射光的波长。，下面是光学热探测装置及制备方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种光学热探测装置，其特征在于，所述装置包括：衬底、热敏感线、电极、多个金属盘、二氧化硅层和透明导电氧化物（TCO）薄膜；
所述衬底的一侧设置有热敏感线，所述热敏感线远离所述衬底的一侧设置有多个金属盘，所述二氧化硅层设置在所述热敏感线上，且与多个所述金属盘处于同侧，所述TCO薄膜设置在所述二氧化硅层远离所述热敏感线的一侧，所述热敏感线和所述TCO薄膜分别与电极电连接。
2.根据权利要求1所述的光学热探测装置，其特征在于，所述所述衬底材料为二氧化硅。
3.根据权利要求1所述的光学热探测装置，其特征在于，多个所述金属盘形状为圆盘形。
4.根据权利要求1所述的光学热探测装置，其特征在于，多个所述金属盘的材料为金或银。
5.根据权利要求1所述的光学热探测装置，其特征在于，所述TCO薄膜厚度不均匀。
6.根据权利要求1所述的光学热探测装置，其特征在于，所述TCO薄膜包括：氧化铟、氧化锑、氧化锌和氧化镉中一种或多种组合。
7.根据权利要求1所述的光学热探测装置，其特征在于，所述电极包括：正电极和负电极，所述热敏感线与正电极电连接，所述TCO薄膜与负电极电连接。
8.根据权利要求1所述的光学热探测装置，其特征在于，所述电极包括：正电极和负电极，所述热敏感线与负电极电连接，所述TCO薄膜与正电极电连接。
9.根据权利要求7或8所述的光学热探测装置，其特征在于，所述装置还包括电源，所述正电极与电源正极电连接，所述负电极与所述电源负极电连接。
10.一种光学热探测装置制备方法，其特征在于，所述方法包括：
在衬底上布置热敏感线；
利用离子束刻蚀技术在所述热敏感线上制备多个金属盘；
利用物理气相沉积技术在所述金属盘上制备二氧化硅层；
利用磁控溅射技术在所述二氧化硅层上制备TCO薄膜；
将所述热敏感线和所述TCO薄膜分别与电极电连接。

说明书全文

光学热探测装置及制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及光学设备领域，具体而言，涉及一种光学热探测装置及制备方法。

背景技术

[0002] 热探测器通过将物体造成的温度差转换为电信号并获取其信息，实质是对目标物体电磁辐射的强度信息进行感知。按照探测原理的不同，将热探测器分为：非制冷探测器、热释电型探器、热电偶型探测器、热敏电阻型探测器等。其中，基于热敏电阻材料的微测辐射热计探测器具有室温探测、集成度高、规模化生产、价格低廉等优点。

[0003] 但是，现有技术中热探测器只能对该热探测器对应的几种波长进行探测，不能改变该热探测器所探测波长的范围。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种光学热探测装置及制备方法，以解决现有技术中热探测器只能对该热探测器对应的几种波长进行探测，不能改变该热探测器所探测波长的范围的问题。

[0005] 为实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：第一方面，本发明实施例提供了一种光学热探测装置，装置包括：衬底、热敏感线、电极、多个金属盘、二氧化硅层和透明导电氧化物（TCO）薄膜；
衬底的一侧设置有热敏感线，热敏感线远离衬底的一侧设置有多个金属盘，二氧化硅
层设置在热敏感线上，且与多个金属盘处于同侧，TCO薄膜设置在二氧化硅层远离热敏感线的一侧，热敏感线和TCO薄膜分别与电极电连接。

[0006] 可选地，该衬底材料为二氧化硅。

[0007] 可选地，多个该金属盘形状为圆盘形。

[0008] 可选地，多个该金属盘的材料为金或银。

[0009] 可选地，TCO薄膜厚度不均匀。

[0010] 可选地，该TCO薄膜包括：氧化铟、氧化锑、氧化锌和氧化镉中一种或多种组合。

[0011] 可选地，该电极包括正电极和负电极，热敏感线与正电极电连接，TCO薄膜与负电极电连接。

[0012] 可选地，该电极包括正电极和负电极，热敏感线与负电极电连接，TCO薄膜与正电极电连接。

[0013] 可选地，该装置还包括电源，正电极与电源正极电连接，负电极与电源负极电连接。

[0014] 第二方面，本发明实施例提供了另一种光学热探测装置制备方法，方法包括：在衬底上布置热敏感线；
利用离子束刻蚀技术在热敏感线上制备多个金属盘；
利用物理气相沉积技术在金属盘上制备二氧化硅层；
利用磁控溅射技术在二氧化硅层上制备TCO薄膜；
将热敏感线和TCO薄膜分别与电极电连接。

[0015] 本发明的有益效果是：本申请通过在衬底上设置热敏感线，在热敏感线上设置多个金属盘，并在该热敏感线
上设置二氧化硅层，在该二氧化硅层上设置TCO薄膜，并且该热敏感线和该TCO薄膜均连接有电极，通过改变电极上的电流大小，从而改变TCO薄膜的折射率，当电极的电流改变时，从该TCO薄膜入射到该金属盘上的光的波长也发生改变，则该金属盘吸收光的波长也相应的发生改变，该金属盘产生的热量也发生改变，因为热敏感线的电阻会随着周围温度的改变而改变，所以当金属盘吸收的入射光波长发生改变时，通过该热敏感线电阻的变化可以直接得到该金属盘吸收的入射光的波长，即可以通过改变电极电流大小，改变该光学热探测装置吸收光的波长，并通过热敏感线电阻的变化得到吸收入射光的波长。
附图说明

[0016] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

[0017] 图1为本发明一实施例提供的光学热探测装置的主视图；图2为本发明一实施例提供的光学热探测装置的俯视图。

[0018] 图标：10-衬底；20-热敏感线；30-金属盘；40-二氧化硅层；50-透明导电氧化物（TCO）薄膜；60-电极。

具体实施方式

[0019] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

[0020] 因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0021] 应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

[0022] 在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

[0023] 此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

[0024] 在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

[0025] 如图1所示，本发明实施例提供了一种光学热探测装置包括：衬底10、热敏感线20、电极60、多个金属盘30、二氧化硅层40和透明导电氧化物薄膜（transparent conductive oxide，简称TCO薄膜50）；衬底10的一侧设置有热敏感线20，热敏感线20远离衬底10的一侧设置有多个金属盘30，二氧化硅层40设置在热敏感线20上，且与多个金属盘30处于同侧，TCO薄膜50设置在二氧化硅层40远离热敏感线20的一侧，热敏感线20和TCO薄膜50分别与电极60电连接。

[0026] 具体地，该衬底10上设置有一层热敏感线20，该热敏感线20上设置有多个金属盘30，多个金属盘30周期排列，该金属盘30上覆盖有一层二氧化硅层40，该二氧化硅层40上设置有一层TCO薄膜50，需要说明的是，该衬底10的材料根据实际需要进行选择，在此不做具体限定，为了清楚的说明，此处以该衬底10的材料为二氧化硅进行说明，该金属盘30的数量根据实际需要进行设定，为了清楚的说明，在此我们以该金属盘30数量为9个进行说明，9个金属盘30设置在该热敏感线20上周期设置，并形成一个方形金属盘30区域，该方形金属盘
30区域的长宽比和面积根据该衬底10的形状进行设定，在此不做限定，金属盘30之间的间隔距离根据实际需要进行设定，在此不做限定，该二氧化硅层40覆盖在该金属盘30和该热敏感线20上，用于使得该光学热探测装置与外界绝缘，对光学热探测装置进行电性保护，该TCO薄膜50用于使得外界光透射，在此对该TCO薄膜50的具体材料不做限定，只要该TCO薄膜
50能实现将外界光进行透射即可，该热敏感线20与电极60的正电极或负电极电连接，该TCO薄膜50与另一个电极60电连接，另外，该热敏感线20、该二氧化硅层40和该TCO薄膜50的厚度根据实际需要和工作人员经验进行设定，在此不做限定。

[0027] 其中，热敏感线20材料包括VOx、Si、SiGe、YBCO和NiO中一种或多种的组合，热敏感线20的材料要求是对于热效应能够发生电阻率变化，上述的材料一般具有比较高的电阻温度系数(temperature coefficient of resistance，简称TCR)，其绝对值大于1％/℃；另外，现有的热释电材料、热电偶等现有可感知热量变化的其他热敏感材料同样可以作为热敏感线20的制作材料。

[0028] 名词解释，透明导电氧化物（transparent conductive oxide，简称TCO）薄膜，具有禁带宽、可见光谱区光透射率高和电阻率低等共同光电特性，广泛的应用于太阳能电池、平面显示、特殊功能窗口图层及其他光电器件领域。

[0029] 另外，该光学热探测装置的结构还可以是，在衬底10上制作多个孔洞，在多个该孔洞中分别放置热敏感层，在热敏感层上方覆盖有金属盘30，在金属盘30之上覆盖一层二氧化硅层40，在二氧化硅层40上覆盖TCO薄膜50。

[0030] 可选地，该衬底10材料为二氧化硅。

[0031] 可选地，多个该金属盘30为圆盘形。

[0032] 当该金属盘30设置为圆盘形时，对入射偏振不依赖，该圆盘形的金属盘30可以对任意发生共振的光产生热量，从而使得该光学热探测装置应用范围更广。

[0033] 可选地，多个该金属盘30的材料为金或银。

[0034] 该金属盘30用于吸收入射光，并根据吸收的入射光产生对应的热量，当该金属盘30的材料为金或者银时，由于金和银均为贵金属，贵金属纳米结构具有对应的光热效应，则可以根据金和银的光热效应对应的曲线，直接得到金和银吸收光的波长。

[0035] 可选地，TCO薄膜50厚度不均匀。

[0036] 由于该TCO薄膜50用于使得外界光透射，将该TCO薄膜50设置为不均匀的结构，可以使得该TCO薄膜50的折射率变化增大，当该TCO薄膜50折射率变化增大时，透过该TCO薄膜50的光减少了，该金属盘30吸收的光也减少，该金属盘30产生的热量也减少，减少了其他光对金属盘30的影响，进而使得该金属盘30产生的热量对应的光的波长更加单一，增加光学热探测装置检测准确性。

[0037] 可选地，该TCO薄膜50表面可以设置为凹凸，更加增大该TCO薄膜50的反射率，更加增加光学热探测装置检测准确性。

[0038] 可选地，该TCO薄膜50包括：氧化铟、氧化锑、氧化锌和氧化镉中一种或多种组合。

[0039] 具体地，该TCO薄膜50用于使得外界光透射，该TCO薄膜50可以是氧化铟、氧化锑、氧化锌和氧化镉中单一的氧化物，也可以是氧化铟、氧化锑、氧化锌和氧化镉中多种组合，在此不做限定。

[0040] 一般的，若该TCO薄膜50为氧化铟、氧化锑、氧化锌和氧化镉中的单一氧化物，则可以在氧化铟、氧化锑、氧化锌或者氧化镉中掺杂一些其他金属，其中，在氧化锌中掺杂金属铝可以使得得到的TCO薄膜50可见光谱透射率更高，电阻率更低。

[0041] 可选地，该电极60包括正电极和负电极，热敏感线20与正电极电连接，TCO薄膜50与负电极电连接。

[0042] 可选地，该电极60包括正电极和负电极，热敏感线20与负电极电连接，TCO薄膜50与正电极电连接。

[0043] 该电极60包括正电极和负电极，该热敏感线20和TCO薄膜50分别与正电极或者负电极60电连接，用于使得该光学热探测装置装置带电，当该热敏感线20和TCO薄膜50通电时，通过改变电极60上的电流，可以改变TCO薄膜50的折射率，当电极60的电流改变时，从该TCO薄膜50入射到该金属盘30上的光的波长也发生改变，则该金属盘30吸收光的波长也相应的发生改变，该金属盘30产生的热量也发生改变，因为热敏感线20的电阻会随着周围温度的改变而改变，所以当金属盘30吸收的入射光波长发生改变时，通过该热敏感线20电阻的变化可以直接得到该金属盘30吸收的入射光的波长，即可以通过改变电极60电流，改变该光学热探测装置吸收光的波长，并通过热敏感线20电阻的变化得到吸收入射光的波长，需要说明的是，该热敏感线20和TCO薄膜50分别与正电极和负电极电连接，当该热敏感线20与负电极电连接时，TCO薄膜50与正电极电连接，反之亦然，在此不做赘述。

[0044] 可选地，该装置还包括电源，正电极与电源正极电连接，负电极与电源负极电连接。

[0045] 该电源用于给该光学热探测装置供电，该光学热探测装置的正电极与电源的正极电连接，该光学热探测装置的负电极与电源的负极电连接，需要说明的是，该电源给该光学热探测装置供给的电流大小可控。

[0046] 本申请通过在衬底10上设置热敏感线20，在热敏感线20上设置多个金属盘30，并在该热敏感线20上设置二氧化硅层40，在该二氧化硅层40上设置TCO薄膜50，并且该热敏感线20和该TCO薄膜50均连接有电极60，通过改变电极60上的电流大小，从而改变TCO薄膜50的折射率，当电极的电流改变时，从该TCO薄膜50入射到该金属盘30上的光的波长也发生改变，则该金属盘30吸收光的波长也相应的发生改变，该金属盘30产生的热量也发生改变，因为热敏感线20的电阻会随着周围温度的改变而改变，所以当金属盘30吸收的入射光波长发生改变时，通过该热敏感线20电阻的变化可以直接得到该金属盘30吸收的入射光的波长，即可以通过改变电极60电流大小，改变该光学热探测装置吸收光的波长，并通过热敏感线20电阻的变化得到吸收入射光的波长。

[0047] 本发明实施例还提供了一种光学热探测装置制备方法，该方法包括：在衬底10上布置热敏感线20；
利用离子束刻蚀技术在热敏感线20上制备多个金属盘30；
利用物理气相沉积技术在金属盘30上制备二氧化硅层40；
利用磁控溅射技术在二氧化硅层40上制备TCO薄膜50；
将热敏感线20和TCO薄膜50分别与电极60电连接。

[0048] 本发明实施例还提供了一种光学热探测装置制备方法，该方法包括：应用离子束刻蚀技术在热敏感线20上制备圆盘状孔洞；
应用物理气相沉积技术，在圆盘和热敏感线20上镀贵金属薄膜；
应用纳米抛光技术，去除热敏感线20表面的贵金属材料；
应用物理气相沉积技术，在表面镀二氧化硅膜；
应用磁控溅射技术，在表面镀TCO膜。

[0049] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

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