全文摘要
本实用新型公开一种热释电红外探测器，所述热释电红外探测器包括碳化硅衬底、石墨烯层、第一电极及第二电极，所述石墨烯层设于所述碳化硅衬底的一侧；所述第一电极设于所述石墨烯层背离所述碳化硅衬底的一侧，并位于所述石墨烯层的一端；所述第二电极设于所述碳化硅衬底背离所述石墨烯层的一侧。本实用新型技术方案提高热释电红外探测器的探测的准确性。
主设计要求
1.一种热释电红外探测器，其特征在于，包括：碳化硅衬底，石墨烯层，设于所述碳化硅衬底的一侧；第一电极，所述第一电极设于所述石墨烯层背离所述碳化硅衬底的一侧，并位于所述石墨烯层的一端；及第二电极，所述第二电极设于所述碳化硅衬底背离所述石墨烯层的一侧。
设计方案
1.一种热释电红外探测器，其特征在于，包括：
碳化硅衬底，
石墨烯层，设于所述碳化硅衬底的一侧；
第一电极，所述第一电极设于所述石墨烯层背离所述碳化硅衬底的一侧，并位于所述石墨烯层的一端；及
第二电极，所述第二电极设于所述碳化硅衬底背离所述石墨烯层的一侧。
2.如权利要求1所述的热释电红外探测器，其特征在于，所述第一电极的面积占所述石墨烯层的面积比例小于10％。
3.如权利要求1所述的热释电红外探测器，其特征在于，所述第二电极的面积与所述碳化硅衬底的面积相等。
4.如权利要求3所述的热释电红外探测器，其特征在于，所述石墨烯层的面积与所述碳化硅衬底的面积相等。
5.如权利要求1所述的热释电红外探测器，其特征在于，所述石墨烯层的层数范围为1～2层。
6.如权利要求1所述的热释电红外探测器，其特征在于，所述碳化硅衬底的厚度为D，D的取值范围为大于0小于等于100微米。
7.如权利要求1所述的热释电红外探测器，其特征在于，所述第一电极和第二电极均为钛金合金。
8.如权利要求1所述的热释电红外探测器，其特征在于，所述热释电红外探测器还包括外接电路，所述外接电路的两端分别与两电极电连接。
9.如权利要求8所述的热释电红外探测器，其特征在于，所述外接电路包括电流表和外接电阻。
设计说明书
技术领域
本实用新型涉及红外探测器技术领域，特别涉及一种热释电红外探测器。
背景技术
热释电红外探测器被广泛地用于非接触式温度测量、红外光谱测量以及红外摄像中，器件核心材料为热释电晶体，该晶体的晶胞内正负电荷中心不重合表现出极性，红外光有热辐射效应，当热释电晶体受辐射时，晶体内自发极化强度减弱，一部分自由电荷被释放出来，若有外载电路，就会产生瞬态的电流。
现有的热释电红外探测器的结构中热释电材料通常为锆钛酸铅、铌镁酸铅以及铌酸锂等，虽然这类材料热释电性能优异，然而，与之配合的金属电极透光率较小，影响红外光的吸收，从而影响了探测器探测的准确性。
实用新型内容
本实用新型的主要目的是提供一种热释电红外探测器，旨在提高热释电红外探测器的探测的准确性。
为实现上述目的，本实用新型提出热释电红外探测器，包括：
碳化硅衬底，
石墨烯层，设于所述碳化硅衬底的一侧；
第一电极，所述第一电极设于所述石墨烯层背离所述碳化硅衬底的一侧，并位于所述石墨烯层的一端；及
第二电极，所述第二电极设于所述碳化硅衬底背离所述石墨烯层的一侧。
可选地，所述第一电极的面积占所述石墨烯层的面积比例小于10％。
可选地，所述第二电极的面积与所述碳化硅衬底的面积相等。
可选地，所述石墨烯层的面积与所述碳化硅衬底的面积相等。
可选地，所述石墨烯层的层数范围为1～2层。
可选地，所述碳化硅衬底的厚度为D，D的取值范围为大于0小于等于100微米。
可选地，所述第一电极和第二电极均为钛金合金。
可选地，所述热释电红外探测器还包括外接电路，所述外接电路的两端分别与两电极电连接。
可选地，所述外接电路包括电流表和外接电阻。
本实用新型技术方案的热释电红外探测器包括碳化硅衬底、石墨烯层和两电极，第一电极和第二电极分别设于石墨烯层上和碳化硅衬底的一侧，且第一电极位于石墨烯层的一端，因石墨烯在紫外-可见-红外波段具有高的透光率和良好的导电性，故而在红外光照射于热释电红外探测器时，大部分红外光均可以透过未被第一电极覆盖的石墨烯层，进而直接被碳化硅衬底吸收，从而提高热释电红外探测器对红外光的吸收，使得碳化硅衬底能够迅速释放电荷，提高反应速率，并提高热释电红外探测器的准确性。当石墨烯层增加了红外光的透过率后，利用碳化硅高的导热率，有利于热释电晶体在吸收红外光后快速升温和降温，进一步提高了探测器的响应速度。同时，衬底为碳化硅材料时，石墨烯层的制备并不需要进行转移处理，可以直接使用热分解方法将石墨烯层生长在碳化硅材料上即可，从而避免了转移处理对石墨烯层的电学性能造成的不可逆转的损伤，进而提高热释电红外探测器的探测性能。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。
图1为本实用新型热释电红外探测器一实施例的示意图；
附图标号说明：
本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
另外，在本实用新型中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。
本实用新型提出一种热释电红外探测器100。
请参照图1，在本实用新型实施例中，该热释电红外探测器100包括：
碳化硅衬底10，
石墨烯层30，设于所述碳化硅衬底10的一侧；
第一电极50，所述第一电极50设于所述石墨烯层30背离所述碳化硅衬底10的一侧，并位于所述石墨烯层30的一端；及
第二电极70，所述第二电极70设于所述碳化硅衬底10背离所述石墨烯层30的一侧。
一般地，热释电红外探测器100的结构包括衬底和石墨烯层30以及两个电极。衬底是由一种具有自发极化的电介质材料制成，该材料的自发极化强度随温度变化。可以理解地，衬底为表面垂直于极化方向的平行薄片，故使用热释电晶体材料进行研磨、抛光、化学腐蚀和\/或清洗等处理得到期望的衬底。当红外辐射入射到薄片表面时，薄片因吸收辐射而发生温度变化，引起极化强度的变化，使得薄片两表面之间出现瞬态电压。
作为本申请技术方案的实施例中，将上述衬底设置为碳化硅衬底10，即选用碳化硅晶体作为衬底的材料。
本实施例中，碳化硅衬底10中碳化硅为4H和6H两种晶体结构类型，这两种晶体都属于热释电晶体，且碳化硅具有良好的热释电性能和高的热导率，同时其在红外波段具有较高的吸收率，所以六方晶型的碳化硅适合用来制备热释电探测器。当石墨烯层30增加了红外光的透过率后，利用碳化硅高的导热率，有利于热释电晶体在吸收红外光后快速升温和降温，进一步提高了探测器的响应速度。同时，衬底为碳化硅材料时，石墨烯层30的制备并不需要进行转移处理，可以直接使用热分解方法将石墨烯层30生长在碳化硅材料上即可，从而避免了转移处理对石墨烯层30的电学性能造成的不可逆转的损伤，进而提高热释电红外探测器100的探测性能。
此时，所述热释电红外探测器100还包括外接电路90，所述外接电路90的两端分别与两电极电连接。在外接电路90上设置有电流表91和外接电阻，从而可以根据电流和电阻值来得到变化的电压，从而可以计算出红外辐射能量或光谱等，该热释电红外探测器100可应用在非接触式温度测量、红外光谱测量以及红外摄像中等。
石墨烯在紫外-可见-红外波段具有高的透光率和良好的导电性，故而可以使辐射到热释电红外探测器100上的红外光增加透过率，从而可以使得碳化硅衬底10提高红外光的吸收率。同时，石墨烯为半导体，具有一定的电子效应，可以作为一种透明电极使用，覆盖在碳化硅衬底10上，从而在增加吸收红外光的同时，还可以最大程度的收集碳化硅衬底10释放出的电荷量，保证辐射能量探测的准确性。进一步地，所述石墨烯层30的层数范围为1～2层。因石墨烯层30的厚度较薄时，可以增加透光率，故而设置石墨烯层30的厚度不易过大。
第一电极50和第二电极70可以用于连接外接电路90，其中第二电极70设置在碳化硅衬底10的一侧，与石墨烯层30的作用相同，用于收集碳化硅衬底10释放的电荷；而第一电极50设置在石墨烯层30的一侧，则可以作为引线电极使用，从而方便连接外接电路90，具体的连接方式可以是焊接。第一电极50和第二电极70的材质可以是钛金合金，当然，也可以是本领域使用的其他电极材料，在此不作限定。第一电极50沉积到石墨烯层30上的工艺方法可选择射频磁控溅射，第二电极70沉积到碳化硅衬底10上的方法也可以选择相同的射频磁控溅射。设置第二电极70的面积与碳化硅衬底10的面积相等，则可以最大程度收集碳化硅衬底10的电荷，提高检测准确性，此时，设置石墨烯层30的面积与碳化硅衬底10的面积相同，从而形成面积相等的两个连通电极。第一电极50和第二电极70的厚度可以根据现有的结构中的厚度进行设置，在此不做限定。
本实用新型技术方案的热释电红外探测器100包括碳化硅衬底10、石墨烯层30和两电极，第一电极50和第二电极70分别设于石墨烯层30上和碳化硅衬底10的一侧，为面电极结构，且第一电极50位于石墨烯层30的一端，在红外光照射于热释电红外探测器100时，大部分红外光均可以透过未被第一电极50覆盖的石墨烯层30，进而直接被碳化硅衬底10吸收，从而提高热释电红外探测器100对红外光的吸收，使得碳化硅衬底10能够迅速释放电荷，提高反应速率，并提高热释电红外探测器100的准确性。同时利用碳化硅高的导热率，有利于衬底在吸收红外光后快速升温和降温，进一步提高了探测器的响应速度。同时，设置碳化硅衬底10，石墨烯层30的制备并不需要进行转移处理，可以直接使用热分解方法将石墨烯层30生长在碳化硅材料上即可，从而避免了转移处理对石墨烯层30的电学性能造成的不可逆转的损伤，进而可进一步提高热释电红外探测器100的探测性能。
具体地，所述碳化硅衬底10的厚度为D，D的取值范围为大于0小于等于100微米。当衬底为碳化硅衬底10，该碳化硅材料越薄，对红外光的辐射越灵敏，但因加工工艺的限制，碳化硅晶体的厚度制作不能过小，故而，设置碳化硅衬底10的厚度D的取值范围为大于0小于等于100微米，从而在方便加工的基础上，提高对红外光的探测的准确性。
可选地，所述第一电极50的面积占所述石墨烯层30的面积比例小于10％。
本实施例中，因第一电极50作为引线电极使用，故而为了尽可能减小对石墨烯层30的遮挡，第一电极50设置的面积尽可能小，但是，为了便于将石墨烯层30连接到外接电路90上，第一电极50也能太小，故保证第一电极50的面积占石墨烯层30的面积比例小于10％。当碳化硅衬底10为矩形时，可以设置第一电极50的长度与石墨烯的长度相同，一般地，石墨烯的宽度为2～3毫米，而第一电极50的宽度设置200～300微米，满足引线的焊接即可。
一般地，上述实施例中的热释电红外探测器100还包括有金属壳体，碳化硅衬底10、石墨烯层30、第一电极50与第二电极70均使用真空封装方法封装在壳体内使用。同时，壳体开设有窗口，在窗口处使用环氧树脂固定有过滤片，以形成红外光辐射窗口，红外光选择性通过红外辐射窗口后直接射向石墨烯层30，从而可以提高红外光的透过率，增加碳化硅衬底10的红外光吸收，提高探测的准确性。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的发明构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接\/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201920109711.0
申请日:2019-01-22
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:95(青岛)
授权编号:CN209264122U
授权时间:20190816
主分类号:G01J 5/34
专利分类号:G01J5/34
范畴分类:31C;
申请人:青岛歌尔智能传感器有限公司
第一申请人:青岛歌尔智能传感器有限公司
申请人地址:266100 山东省青岛市崂山区松岭路396号109室
发明人:杨军伟;王德信
第一发明人:杨军伟
当前权利人:青岛歌尔智能传感器有限公司
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