一种基于等离激元共振的热电子温度传感器的制作方法

1.本发明涉及温度传感器装置技术领域，具体为一种基于等离激元共振的热电子温度传感器。


背景技术：

2.温度传感器（temperature transducer）是指能感受温度并转换成可用输出信号的传感器。温度传感器是温度测量仪表的核心部分，品种繁多。按测量方式可分为接触式和非接触式两大类，按照传感器材料及电子元件特性分为热电阻和热电偶两类。
3.现有技术中，由于传统将结构的局限，当温度变化不明显时对于温度的探测灵敏度较低，测量精确度不高。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种基于等离激元共振的热电子温度传感器，解决了测量灵敏度较低、测量不精确的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于等离激元共振的热电子温度传感器，包括基底，所述基底顶部的一端设置有第一电极，所述基底顶部远离第一电极的一端设置有第二电极，所述基底顶部靠近第二电极的一端设置间接分布设置有贵金属结构层以及热膨胀部。
6.优选的，所述基底为硅材质或氮化镓材质的的半导体材料。
7.优选的，所述第一电极与第二电极在基底的顶部呈对称分布。
8.优选的，所述第一电极通过基底与第二电极连接。
9.优选的，所述温度反应部的截面形状为三角形。
10.优选的，所述贵金属结构层上设置有石墨烯层，所述石墨烯为6
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10层，且在贵金属结构层上呈均匀等间距分布。
11.优选的，所述石墨烯通过机器剥离转移方式固定于贵金属结构层上。
12.优选的，所述第一电极的底部、第二电极的底部、贵金属结构层的底部以及热膨胀部的底部均通过钛粘附层粘附连接于基底的顶部。
13.优选的，所述贵金属结构层以及热膨胀部均为双层结构。
14.与现有技术相比，本发明的有益效果如下：本发明通过外界温度影响热膨胀部产生形变，拉动贵金属接结构层产生周期变化，从而影响光电探测器的光吸收，影响产生的光电流大小以及共振波长产生变化，通过对光电流大小以及共振波长的探测实现对外界温度的测量。因为等离激元共振的原理，贵金属结构的共振波长与贵金属结构的周期密切相关，所以可以通过光吸收电流变化实现对微小的周期变化的探测，之后通过微小周期变化的探测实现对外界温度的探测。因为整个结构都是微纳结构，故可以实现对微小形变的探测，因此可以实现对微小温度变化的测量，对温度的探测更加敏感，灵敏度更高。另一方面贵金属结构层的温度本身就会影响光电流大
小，整个装置为纳米级别的探测器，且通过电信号进行探测，整个结构易集成，灵敏度高，相应迅速。除此之外，当热膨胀材料吸热膨胀，向上膨胀时，贵金属结构层向上拉伸，贵金属结构层受光激发产生的电流也与贵金属结构层与半导体基地的接触密切相关，当贵金属结构层向上拉伸时，其与半导体基底的接触产生空隙，产生的电流大幅度减少，所以可以实现对温度的高灵敏度探测。
附图说明
15.图1为本发明的结构示意图一；图2为本发明的贵金属结构层结构示意图；图3为本发明的结构示意图二；图4为本发明的结构示意图三。
16.图中：1、基底；2、第一电极；3、第二电极；4、贵金属结构层；5、热膨胀部；6、贵金属膜；7、钛粘附层。
具体实施方式
17.使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
18.实施例1请参阅图1，一种基于等离激元共振的热电子温度传感器，包括基底1，基底1顶部的一端设置有第一电极2，基底1顶部远离第一电极2的一端设置有第二电极3，基底1顶部靠近第二电极3的一端设置间接分布设置有贵金属结构层4以及热膨胀部5，第一电极2与第二电极3在基底1的顶部呈对称分布，第一电极2通过基底1与第二电极3连接。其中，所述基底采用硅材质的半导体。
19.具体的，贵金属结构层4、基底1与第二电极3形成了金属
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半导体
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金属光电探测器结构，当外界光照射在贵金属结构层4上时，贵金属结构层4表面产生等离激元共振，产生局域强电场，对光产生强吸收，贵金属结构层4温度升高，金属原子内部的电子激发，产生大量可以自由移动的热电子，这些热电子可以越过基底1到达第二电极3，在第一电极2与第二电极3之间产生电流回路，其中热膨胀部5与贵金属结构层4相间分布，当外界温度升高时，热膨胀部5的热膨胀材料产生形变发生膨胀，温热膨胀部5之间的贵金属结构层4被拉伸，导致周期改变，贵金属结构层4的周期对光吸收的共振波段影响非常敏感，因此光电探测器产生的光电流以及共振波长与温度密切相关，通过对产生的光电流以及激发的激光波长进行测量，实现对外界温度的测量。因为整个结构都是微纳结构，热膨胀材料的微小变化会对微纳结构的周期产生巨大的变化，因此整个装置的灵敏度极高。除此之外，当热膨胀材料吸热膨胀，向上膨胀时，贵金属结构层向上拉伸，因为贵金属结构层受光激发产生的电流也与贵金属结构层与半导体基地的接触密切相关，当贵金属结构层向上拉伸时，其与半导体基底的接触产生空隙，产生的电流大幅度减少，所以可以实现对温度的高灵敏度探测。另一方面贵金属结构层的温度本身就会影响光电流大小，整个装置为纳米级别的探测器，且通过电信号进行探测，整个结构易集成，灵敏度高，相应迅速。
20.实施例2在实施例1的基础上，特殊的，所属贵金属结构层4和热膨胀部5的表面设置有石墨烯层6。其石墨烯层6的有6
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10层，且在贵金属结构层4上呈均匀等间距分布，石墨烯6通过机器剥离转移的方式固定于贵金属结构层4上。由于石墨烯6为二维材料，可以实现更强的光吸收，并在更宽的波段内实现共振，灵敏度更高，适用范围更广，在贵金属结构层4铺一层石墨烯6，加强了贵金属结构层4的光吸收能力同时，也提高了导电导热性能，灵敏度更高。
21.特殊的，热膨胀部5的截面形状为三角形。由于热膨胀部5的截面设置为三角形，与贵金属结构层4的接触面积更大，对贵金属结构层4的拉动效果更好，更加灵敏。
22.实施例3在实施例2的基础上，特殊的，请参阅图3，第一电极2的底部、第二电极3的底部、贵金属结构层4的底部以及热膨胀部5的底部均通过钛粘附层7粘附连接于基底1的顶部，贵金属结构层4以及热膨胀部5均为双层结构。在贵金属结构层4与基底1之间添加钛粘附层7，钛粘附层7可以增强光电转换效率，同时能增强贵金属结构层4的粘附力，增强结构稳定性。其次，将贵金属结构层4以及热膨胀部5制成完全相同的双层结构，特殊的，两层的热膨胀部采用不同的热膨胀材料，热膨胀系数不一样，当温度升高时，发生的膨胀形变不同，双层的周期变化不同，由此产生的共振模式发生了更明显的变化，灵敏度更高。
23.实施例4在实施例1的基础上，特殊的，请参阅图4，在半导体材质的基底上，贵金属结构层与热膨胀部不直接相连接，两者之间存在一定的间隙，在热膨胀部的表面制备约5nm厚的贵金属薄膜，该贵金属选用与贵金属结构层相同的金属，当热膨胀部受热膨胀之后，表面的贵金属薄膜向两边移动，紧贴原贵金属结构层，除了原有的贵金属结构层的周期发生变化以外，原贵金属结构层厚度发生变化，共振波长发生变化，探测更加灵敏。
24.以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。