專利名稱：一種寬波段光位置探測(cè)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種寬波段光位置探測(cè)器，特別涉及一種利用ZnO薄膜材料 制作的寬波段光位置探測(cè)器件。
背景技術(shù)：
近年來，氧化鋅在藍(lán)光及紫外二極管和激光器方面的潛在用途引起了人 們的極大興趣，氧化鋅是一種寬禁帶半導(dǎo)體材料，其直接帶寬為3.37eV，所 以可以用該材料制作一種紫外光的探測(cè)器。如文獻(xiàn)1: P. Sharma and K. Sreenivas， Appl. Phys. Lett., Vol. 83， 27 (2003 )禾卩W. Yang， S. S. Hullavarad, B. Nagaraj， I. Takeuchi， R. P. Sharma, T.Venkatesan, R. D. Vispute， and H. Shen, Appl. Phys. Lett. 82, 3424 (2003)所介紹的，但是這種探測(cè)器僅限于探測(cè)紫外 光；我們申請(qǐng)了利用Ag摻雜氧化鋅薄膜作紅外光探測(cè)器(公開號(hào) CN101005104A)以及用ZnO/MgB2異質(zhì)結(jié)作紅外光探測(cè)器的專利(公開號(hào) CN1941425A),本發(fā)明人還參與發(fā)明了公開號(hào)為1956228A的專利，該專利公 開了一種用摻雜錳酸鹽異質(zhì)結(jié)材料制作的光位置探測(cè)器，將上述技術(shù)作為本 發(fā)明的現(xiàn)有技術(shù)合并于此。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種寬波段光位置探測(cè)器，包括基底；光響應(yīng)層，生長(zhǎng)于 所述的基底上，所述的光響應(yīng)層為厚度在10納米 10微米之間的ZnO薄膜層； 第一電極和第二電極分別設(shè)置在所述的光響應(yīng)層的左右兩端，分別連接第一 電極引線和第二電極引線；第一電阻，阻值為1Q至lMa連接于所述的第 一電極引線和第二電極引線之間；第三電極和第四電極分別設(shè)置在所述的光 響應(yīng)層的上下兩端，分別連接第三電極引線和第四電極引線；第二電阻，阻
值為1Q至1MQ，連接于所述的第三電極引線和第四電極引線之間；所述的 第一電極和第二電極之間的直線與所述的第三電極和第四電極之間的直線相 互垂直。
本發(fā)明提供的光位置探測(cè)器具有寬光譜響應(yīng)、制作簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉的性 能，在位置控制、目標(biāo)跟蹤及計(jì)算機(jī)應(yīng)用方面具有廣闊前景。


圖1是本發(fā)明利用ZnO薄膜制作的探測(cè)波長(zhǎng)在紫外至紅外光的光位置探 測(cè)器結(jié)構(gòu)圖2是本發(fā)明一實(shí)施例的光位置探測(cè)器結(jié)構(gòu)圖3a是本發(fā)明實(shí)施例中X軸方向光點(diǎn)落在不同位置時(shí)的電壓響應(yīng)曲線； 圖3b是本發(fā)明實(shí)施例中Y軸方向光點(diǎn)落在不同位置時(shí)的電壓響應(yīng)曲線； 圖4a是本發(fā)明實(shí)施例中光點(diǎn)沿X軸方向移動(dòng)時(shí)落在不同位置時(shí)的電壓響 應(yīng)曲線；
圖4b是本發(fā)明實(shí)施例中光點(diǎn)沿y軸方向移動(dòng)時(shí)落在不同位置時(shí)的電壓響 應(yīng)曲線。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的目的在于提供一種ZnO薄膜材料制作的寬波段光位置探測(cè)器， 該器件具有寬光譜響應(yīng)、制作簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉的性能，在位置控制、目標(biāo)跟 蹤及計(jì)算機(jī)應(yīng)用方面具有廣闊前景。
本發(fā)明提供的寬波段光位置探測(cè)器，如圖1所示，所述的寬波段光位置 探測(cè)器包括基底l;厚度在10納米 10微米的光響應(yīng)層2，生長(zhǎng)于所述的基 底1上，所述的光響應(yīng)層2為ZnO薄膜層；第一電極3和第二電極4分別設(shè) 置在所述的光響應(yīng)層2的左右兩端，分別連接第一電極引線5和第二電極引 線6;阻值為1Q 1MQ的第一電阻(Rl) 7，連接于所述的第一電極引線5和 第二電極引線6之間；第三電極8和第四電極9分別設(shè)置在所述的光響應(yīng)層2
的上下兩端，分別連接第三電極引線IO和第四電極引線11;阻值為1Q 1MQ 的第二電阻(R2) 12，連接于所述的第三電極引線IO和第四電極引線11之 間；所述的第一電極3和第二電極4之間的直線與所述的第三電極8和第四 電極9之間的直線相互垂直。
所述的光響應(yīng)層2可以是摻雜或不摻雜的ZnO薄膜層，其中摻雜ZnO薄 膜的摻雜成分可以是B、 Al、 Ga、 In等n型摻雜成分，也可以是N、 P、 As、 Sb、 Bi等P型摻雜成分或者是Ag、 Au、 Pt等金屬顆粒摻雜成分，摻雜比例 為0.1%~20%。
如圖2所示，本發(fā)明的寬波段光位置探測(cè)器還可包括第一放大電路
(Al)15及第二放大電路(A2)16,分別與所述的第一電阻7及所述的第二電阻 12并聯(lián)于所述的第一電極引線5和第二電極引線6之間及所述的第三電極引 線8和第四電極引線9之間；lpF至500nF第一電容13及第二電容14，分 別與所述的第一電阻7及所述的第二電阻12并聯(lián)于所述的第一電極引線5和 第二電極引線6之間及所述的第三電極引線8和第四電極引線9之間。
所述的第一電極3及所述的第二電極4為一組，該組電極輸出X軸方向 的電壓信號(hào)。所述的第三電極8及所述的第四電極為9 一組，該組電極輸出Y 軸方向的電壓信號(hào)。
本發(fā)明的基底l選自Si、氧化鎂、白寶石、水晶片、鋁酸鑭或鈦酸鍶等。 本發(fā)明的電極可選用銦、銀、鋁、鈦、銅、鉑、金的其中一種或其他金屬。 所述的電極可以做成點(diǎn)、線狀或平面；可以用銀膠連接，或用銦直接焊接， 也可以用真空鍍膜、磁控濺射光刻和化學(xué)腐蝕等方法制備鉑、金、銀或鋁電 極。
本發(fā)明提供的制備探測(cè)波長(zhǎng)從紫外至紅外光的光位置探測(cè)器的方法，按 以下步驟進(jìn)行-
1.利用激光分子束外延、脈沖激光沉積、分子束外延、磁控濺射、電子 束蒸發(fā)、溶膠凝膠法的制膜工藝，在襯底上制備摻雜或者不摻雜ZnO薄膜光
響底層。按需要選擇最佳生長(zhǎng)條件，以保證薄膜很好的生長(zhǎng)；
2.參照?qǐng)Dl用常規(guī)方法制備電極和引線，然后釆用常規(guī)半導(dǎo)體封裝工藝 封裝在外殼內(nèi)，并安裝電阻，制備出摻雜或者不摻雜的ZnO光位置探測(cè)器件。
實(shí)施例1:
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)地說明。 參考圖1，制備不摻雜ZnO薄膜材料光位置探測(cè)器件選用脈沖激光沉 積設(shè)備，在n型Si單晶基底1上直接生長(zhǎng)ZnO光響應(yīng)薄膜層2，厚度為500 nm， 形成不摻雜ZnO薄膜樣品；把制備好的不摻雜ZnO薄膜樣品切割成尺寸為 lxlcmS的芯片，用銦在薄膜左右邊的表面對(duì)稱位置上，設(shè)置第一電極3和第 二電極4成為一組；在薄膜的上下兩邊表面上的對(duì)稱位置處，再設(shè)置第三電 極8和第四電極9;兩組電極相互垂直。所述的電極約為lmm2，用(()0.05mm 的銅線作電極引線5、 6和10、 11，并用銦把())0.05mm銅電極引線5、 6和10、 11的一端分別焊接在兩組電極上，在引線5、 6及10、 ll間分別并聯(lián)阻值為 1兆歐的電阻R1 7及R2 12，這樣探測(cè)器就制備完成。用波長(zhǎng)為10.6 um激光 器(能量密度0.5 mJ/mm2)照射這個(gè)光位置探測(cè)器件，電極3、 4間輸出X軸 方向的電壓信號(hào)，輸入到示波器的第一信號(hào)輸入端，電極8、 9間輸出Y軸方 向的電壓信號(hào)，輸入到示波器的第二信號(hào)輸入端。圖3a是X軸方向光點(diǎn)落在 不同位置時(shí)的電壓響應(yīng)曲線。圖3b是Y軸方向光點(diǎn)落在不同位置時(shí)的電壓響 應(yīng)曲線。
實(shí)施例2:
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)地說明。 參考圖1，制備B (硼)摻雜ZnO薄膜材料光位置探測(cè)器件選用分子 束外延設(shè)備，在氧化鎂單晶基底1上直接生長(zhǎng)B摻雜的ZnO光響應(yīng)薄膜層2， 厚度為500 nm，形成B摻雜的ZnO薄膜樣品；把制備好的B摻雜的ZnO薄
膜樣品切割成尺寸為0.5x0.5 cn^的芯片，用銀在薄膜左右邊的表面對(duì)稱位置 上蒸鍍電極。第一電極3和第二電極4成為一組，設(shè)置在薄膜表面左右兩邊 的對(duì)稱位置處；第三電極8和第四電極9設(shè)置在薄膜表面上下兩邊的對(duì)稱位 置處；兩組電極相互垂直。所述的電極約為lmm、用小0.05 mm的銅線作電 極引線5、 6和10、 11，并用錫把(j)0.05 mm銅電極引線5、 6和10、 11的一 端分別焊接在兩組電極上，在引線5、 6及10、 11間分別并聯(lián)阻值為1兆歐 的電阻R1 7及R2 12，這樣探測(cè)器就制備完成。用波長(zhǎng)為1.06 iim激光器(能 量密度0.1 mJ/mm2)照射這個(gè)光位置探測(cè)器件，電極3、 4間輸出X軸方向的 電壓信號(hào)，輸入到示波器的第一信號(hào)輸入端，電極8、 9間輸出Y軸方向的電 壓信號(hào)，輸入到示波器的第二信號(hào)輸入端。
實(shí)施例3:
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)地說明。 參考圖l，制備銀納米顆粒摻雜ZnO薄膜材料光位置探測(cè)器件選用激 光分子束外延設(shè)備，在鈦酸鍶單晶基底1上直接生長(zhǎng)銀納米顆粒摻雜的ZnO光 響應(yīng)薄膜層2，厚度為IO微米；把制備好的銀納米顆粒摻雜的ZnO薄膜樣品 切割成尺寸為lxl cii^的芯片，用濺射方法在薄膜的表面制作金電極。在薄膜 的表面左右對(duì)稱位置上設(shè)置第一電極3和第二電極4成為一組；在薄膜的上 下兩邊表面上的對(duì)稱位置處，再設(shè)置第三電極8和第四電極9成一組；兩組 電極相互垂直，所述的電極約為1mm2;用小0.05 mm的銅線作電極引線5、 6 和10、 11，并用銦把(J)0.05mm銅電極引線5、 6和10、 11的一端分別焊接在 兩組電極上，在引線5、6及10、 11間分別并聯(lián)阻值為1歐的電阻R17及R2 12，這樣探測(cè)器就制備完成。用波長(zhǎng)為266nm紫外激光(能量密度0.5 mJ/mm2) 照射這個(gè)光位置探測(cè)器件，電極2、 3間輸出X軸方向的電壓信號(hào)，輸入到示 波器的第一信號(hào)輸入端，電極8、 9間輸出Y軸方向的電壓信號(hào)，輸入到示波 器的第二信號(hào)輸入端。圖4a是光點(diǎn)沿X軸方向移動(dòng)時(shí)落在不同位置時(shí)的電壓
響應(yīng)曲線。圖4b是光點(diǎn)沿y軸方向移動(dòng)時(shí)落在不同位置時(shí)的電壓響應(yīng)曲線。 本發(fā)明提供的利用摻雜或者不摻雜ZnO薄膜材料制作的光位置探測(cè)器 件，該材料制作的光位置探測(cè)器成本低廉、制備方便。該器件輸出光敏信號(hào) 較大，可達(dá)40毫伏，可以用來測(cè)量連續(xù)光或者脈沖光的位置和位移的量。因 此本發(fā)明提供的摻雜或者不摻雜ZnO薄膜制作的位置探測(cè)器件在工業(yè)(如， 機(jī)床的位置控制、目標(biāo)跟蹤、精密定位)、計(jì)算機(jī)(如，漢字輸入器件)、 國(guó)防(如，激光準(zhǔn)直、光源跟蹤)等方面具有廣泛的應(yīng)用。
本發(fā)明的光位置探測(cè)器可以用激光分子束外延、脈沖激光沉積、分子束 外延、磁控濺射、電子束蒸發(fā)或溶膠凝膠法等制膜方法，利用半導(dǎo)體工藝， 可以在一塊慘雜或者不摻雜ZnO薄膜芯片上制作單個(gè)單元器件，因此本發(fā)明 的制備方法簡(jiǎn)單，易于工業(yè)化批量生產(chǎn)。
最后所應(yīng)說明的是以上實(shí)施例僅用以說明而非限制本發(fā)明的技術(shù)方案， 盡管參照上述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng) 理解對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)或方法進(jìn)行修改或者等同替換，如用增加或改變光響 應(yīng)層中攙雜的品種和量，而不脫離本發(fā)明的精神和范圍的任何修改或局部替 換，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種寬波段光位置探測(cè)器，其特征在于，所述的寬波段光位置探測(cè)器包括基底；光響應(yīng)層，生長(zhǎng)于所述的基底上，所述的光響應(yīng)層為厚度在10納米～10微米之間的ZnO薄膜層；第一電極和第二電極分別設(shè)置在所述的光響應(yīng)層的左右兩端，分別連接第一電極引線和第二電極引線；第一電阻，阻值為lΩ至1MΩ，連接于所述的第一電極引線和第二電極引線之間；第三電極和第四電極分別設(shè)置在所述的光響應(yīng)層的上下兩端，分別連接第三電極引線和第四電極引線；第二電阻，阻值為1Ω至1MΩ，連接于所述的第三電極引線和第四電極引線之間；所述的第一電極和第二電極之間的直線與所述的第三電極和第四電極之間的直線相互垂直。
2. 如權(quán)利要求1所述的寬波段光位置探測(cè)器，其特征在于，所述的光響 應(yīng)層為經(jīng)過摻雜的ZnO薄膜層，摻雜比例為0.1°/。~20%。
3. 如權(quán)利要求2所述的寬波段光位置探測(cè)器，其特征在于，ZnO薄膜的 摻雜成分是包括B、 Al、 Ga、 In在內(nèi)的N型摻雜成分或N、 P、 As、 Sb、 Bi 在內(nèi)的P型摻雜成分或Ag、 Au、 Pt在內(nèi)的金屬顆粒摻雜成分。
4. 如權(quán)利要求1所述的寬波段光位置探測(cè)器，其特征在于，所述的光響 應(yīng)層為未經(jīng)過摻雜的ZnO薄膜層。
5. 如權(quán)利要求1所述的寬波段光位置探測(cè)器，其特征在于，所述的寬波 段光位置探測(cè)器還包括第一放大電路及第二放大電路，分別與所述的第一電 阻及所述的第二電阻并聯(lián)于所述的第一電極引線和第二電極引線之間及所述 的第三電極引線和第四電極引線之間。
6. 如權(quán)利要求1所述的寬波段光位置探測(cè)器，其特征在于，所述的寬波 段光位置探測(cè)器還包括lpF至500yF第一電容及第二電容，分別與所述的第 一電阻及所述的第二電阻并聯(lián)于所述的第一電極引線和第二電極引線之間及 所述的第三電極引線和第四電極引線之間。
7. 如權(quán)利要求1所述的寬波段光位置探測(cè)器，其特征在于，所述的基底 可為氧化鎂、白寶石、水晶片、硅片、鋁酸鑭或鈦酸鍶中的一種。
8. 如權(quán)利要求1所述的寬波段光位置探測(cè)器，其特征在于，所述的電極 形狀為點(diǎn)狀或線狀。
全文摘要
本發(fā)明是關(guān)于一種寬波段光位置探測(cè)器，所述光位置探測(cè)器包括基底；光響應(yīng)層，生長(zhǎng)于所述的基底上，所述的光響應(yīng)層為ZnO薄膜層；第一電極和第二電極分別設(shè)置在所述的光響應(yīng)層的左右兩端，分別連接第一電極引線和第二電極引線；第一電阻，連接于所述的第一電極引線和第二電極引線之間；第三電極和第四電極分別設(shè)置在所述的光響應(yīng)層的上下兩端，分別連接第三電極引線和第四電極引線；第二電阻，連接于所述的第三電極引線和第四電極引線之間；所述的第一電極和第二電極之間的直線與所述的第三電極和第四電極之間的直線相互垂直。本發(fā)明的光位置探測(cè)器具有寬光譜響應(yīng)、制作簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉的性能，在位置控制、目標(biāo)跟蹤及計(jì)算機(jī)應(yīng)用方面具有廣闊前景。
文檔編號(hào)G01D5/26GK101363741SQ200810223389
公開日2009年2月11日 申請(qǐng)日期2008年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月27日
發(fā)明者昊 劉, 劉聞煒, 呂志清, 娜 周, 王愛軍, 卉 趙, 昆 趙, 趙嵩卿 申請(qǐng)人:中國(guó)石油大學(xué)(北京)