基于亚波长直径氧化锌线的中红外快响应探测研究

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中红外探测技术,现已应用于在生活生产的很多领域,从而受到广泛的关注。典型的红外探测器,分为光子探测和热探测两类。其中光子探测,具有快响应,高灵敏度的特性,但是往往需要复杂昂贵的低温设备,不利于广泛的应用。相比之下,室温下工作的热探测器具有很宽的探测谱,但是由于被探测元件较大的热惯性所限制,其响应速度通常比较慢。氧化锌的微米或纳米线,由于生长工艺成本低,近些年显示出了很大的商业潜力。利用氧化锌线稳定的理化特性,对中红外光强吸收,以及自身的小尺寸特性,我们提出了基于氧化锌亚波长线的中红外热探测器。在本文中,我们研究了氧化锌亚波长线对红外光的热响应,并开发成为一款室温中红外探测器。ZnO线,通过化学气相法生长,所长出来的线具有良好的表面光泽度和典型的六角型横截面。线被跨放在基片上制作的两钛金电极中间。将铟镓的液态合金涂覆在接触区以形成良好的欧姆接触。使用波长10.6μm的CO2激光器作为探测源,通过硒化锌透镜聚焦到ZnO线中央,形成直径220μm的光斑。另外,我们使用6800 1x的冷光源灯照射被测样品,以使样品的暗电阻稳定,并方便测量。当ZnO线吸收中红外光,温度会上升,从而引起电阻的变化。通过电阻变化幅度,可以推算出入射光强度。测量了不同入射光强度下ZnO线的Ⅰ-Ⅴ特性证明,随着入射光增强,氧化锌的电阻也随之线性增加。我们得到探测器的噪声强度为700μV/Hz1/2(1kHz),可以推算出噪声等效功率为5.8μW/Hz1/2。为测试ZnO线对中红外探测特性,受周围气体环境的影响,我们测量了ZnO线在空气,氮气,氩气,氧气四种典型气体中的电阻变化。尽管ZnO线的背景电阻在四种线中不同,其响应幅度和时间都基本相同。这款ZnO线的响应时间,可以达到1.3 ms,大大优于其它文献中报道了几款室温下的热电阻和热电偶探测器的响应时间。通过理论计算的探测器的时间常数为1.1 ms,与实验值也较好的吻合。
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