一种增敏型声表面波探测装置的制作方法

1.本发明涉及声表面波探测技术领域，具体涉及一种增敏型声表面波探测装置。


背景技术：

2.在固体半空间表面存在的一种沿表面传播，能量集中于表面附近的弹性波，又称为表面声波。早在九十多年前，人们就对这种波进行了研究。1885年，瑞利根据对地震波的研究，从理论上阐明了在各向同性固体表面上弹性波的特性。但由于当时的科学技术水平所限，这种弹性表面波一直没有得到实际上的应用。直到六十年代，由于半导体平面工艺以及激光技术的发展，出现了大量人造压电材料为声表面波技术的发展提供了必要的物质和技术基础。声表面波探测是声表面波应用的重要一环。
3.发明专利2020100639896公开了一种基于波导结构的表面声波探测器及系统，表面声波改变了第一声光介质和第二声光介质的折射率，进而改变了波导的传播特性，通过对波导传播特性的检查，实现表面声波探测。该发明专利是基于光波导的，需要光耦合器件和制备纳米级别微结构，成本高。


技术实现要素：

4.为解决以上问题，本发明提供了一种增敏型声表面波探测装置，包括衬底层、第一导电部、第二导电部、光敏半导体部、第一电极、第二电极；第一导电部、光敏半导体部、第二导电部置于衬底层上，第一导电部和第二导电部置于光敏半导体部的两侧，并与光敏半导体部固定连接，第一电极和第二电极分别设置在第一导电部和第二导电部上。
5.更进一步地，第一导电部的功函数高，第二导电部的功函数低。
6.更进一步地，第一导电部的材料为pt、au、ti、ta中任一种。
7.更进一步地，第二导电部的材料为ito、fto、gzo中的任一种。
8.更进一步地，光敏半导体部的材料为cds、zns、cdse、pbs、insb、gezn中的任一种。
9.更进一步地，第一电极和第二电极的材料为金、银、铜中的任一种。
10.更进一步地，在接触光敏半导体部处，第一导电部和第二导电部高；在远离光敏半导体部处，第一导电部和第二导电部低。
11.更进一步地，光敏半导体部与第一导电部和第二导电部等高。
12.更进一步地，在光敏半导体部的底部、衬底层中设有凹槽。
13.更进一步地，凹槽内填充的材料与光敏半导体部的材料相同。
14.本发明的有益效果：本发明提供了一种增敏型声表面波探测装置，包括衬底层、第一导电部、第二导电部、光敏半导体部、第一电极、第二电极；第一导电部、光敏半导体部、第二导电部置于衬底层上，第一导电部和第二导电部置于光敏半导体部的两侧，并与光敏半导体部固定连接，第一电极和第二电极分别设置在第一导电部和第二导电部上。使用时，将本装置贴附或固定于待测物体的表面。同时，应用光照射光敏半导体部；第一电极和第二电极与外电路连接，外电路中还连接电压源和电流表，用以测量第一导电部和第二导电部之
间的电流。由于第一导电部和第二导电部的功函数不同，第一导电部与光敏半导体部接触后，光敏半导体部中的载流子自发扩散导致光敏半导体部中的能带发生弯曲，在光敏半导体部中形成一个由第二导电部指向第一导电部的内在电场。在入射光作用下，光敏半导体部价带中的电子吸收光子转变为自由电子，这些自由电子在内建电场的作用下，由第一导电部向第二导电部迁移，在外电路中形成电流。本装置与待测物体的表面接触后，待测物体表面的声表面波传递到光敏半导体部中，改变了光敏半导体部内的应力，在光敏半导体部内形成势垒/势阱结构，势阱/势垒结构促使光敏半导体部内价带中的电子更多地转化为自由电子，从而改变外电路中的电流。通过探测外电路中的电流变化，实现声表面波探测。因为声表面波能够显著地改变光敏半导体部内的应力和导电特性，因此本发明具有声表面波探测灵敏度高的优点，在声表面波探测领域具有良好的应用前景。
15.在本发明中，声表面波增强了光敏半导体部价带中电子至自由电子的变化，提高了光敏半导体部对入射光的敏感性，所以被称为增敏型声表面波探测装置。
16.以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
附图说明
17.图1是一种增敏型声表面波探测装置的示意图。
18.图2是又一种增敏型声表面波探测装置的示意图。
19.图3是再一种增敏型声表面波探测装置的示意图。
20.图中：1、衬底层；2、第一导电部；3、第二导电部；4、光敏半导体部；5、第一电极；6、第二电极。
具体实施方式
21.现将详细参照本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，将通过参照附图来说明所述实施例，以便解释本发明。
22.实施例1
23.本发明提供了一种增敏型声表面波探测装置。如图1所示，该增强型声表面波探测装置包括衬底层1、第一导电部2、第二导电部3、光敏半导体部4、第一电极5、第二电极6。衬底层1为绝缘材料，优选地，衬底层1的材料为二氧化硅。第一导电部2、光敏半导体部4、第二导电部3置于衬底层1上。第一导电部2的功函数高，第二导电部3的功函数低。具体地，第一导电部2的材料为pt、au、ti、ta中任一种，第二导电部3的材料为ito、fto、gzo中的任一种。在光照射下，光敏半导体部4的导电特性发生严重变化。具体地，光敏半导体部4的材料为cds、zns、cdse、pbs、insb、gezn中的任一种。第一导电部2和第二导电部3置于光敏半导体部4的两侧，并与光敏半导体部4固定连接。第一导电部2、光敏半导体部4、第二导电部3形成电通路。第一电极5和第二电极6分别设置在第一导电部2和第二导电部3上。第一电极5和第二电极6的材料为金、银、铜中的任一种。
24.在本装置中，光敏半导体部4的宽度，也就是第一导电部2和第二导电部3之间的距离可以大于数个微米，光敏半导体部4较宽，可以应该常规阻挡蒸发材料的方式多次物理气相沉积不同材料，即可获得本装置，所以本发明的制备方法简单，成本低。
25.使用时，将本装置贴附或固定于待测物体的表面，待测物体表面传播有声表面波。
同时，应用光照射光敏半导体部4，所采用的光可以为单色光，也可以为连续谱光源，需根据具体情况选择，在此不做具体限制；第一电极2和第二电极3与外电路连接，外电路中还连接电压源和电流表，用以测量第一导电部2和第二导电部3之间的电流。由于第一导电部2和第二导电部3的功函数不同，第一导电部2与光敏半导体部4接触后，光敏半导体部4中的载流子自发扩散导致光敏半导体部4中的能带发生弯曲，在光敏半导体部4中形成一个由第二导电部3指向第一导电部2的内在电场。在入射光作用下，光敏半导体部4价带中的电子吸收光子转变为自由电子，这些自由电子在内建电场的作用下，由第一导电部2向第二导电部3迁移，在外电路中形成电流。本装置与待测物体的表面接触后，待测物体表面的声表面波传递到光敏半导体部4中，改变了光敏半导体部4内的应力，在光敏半导体部4内形成势垒/势阱结构，势阱/势垒结构促使光敏半导体部4内价带中的电子更多地转化为自由电子，从而改变外电路中的电流。通过探测外电路中的电流变化，实现声表面波探测。因为声表面波能够显著地改变光敏半导体部4内的应力和导电特性，因此本发明具有声表面波探测灵敏度高的优点，在声表面波探测领域具有良好的应用前景。
26.另外，本装置为各向异性结构，可以通过改变本装置在待测物体表面的方向，测试不同方式时的电流强度，跟不同方向时的电流强度，判断声表面波的传播方向。
27.实施例2
28.在实施例1的基础上，如图2所述，在接触光敏半导体部4处，第一导电部2和第二导电部3高；在远离光敏半导体部4处，第一导电部2和第二导电部4低。也就是说，第一导电部2和第二导电部3的顶面不是平面。在图2中，在衬底层1的中部，第一导电部2和第二导电部3高；在衬底层1的两侧，第一导电部2和第二导电部3低。光敏半导体部4与第一导电部2和第二导电部3等高，也就是第一导电部2、光敏半导体部4、第二导电部3的高度相等。这样一来，一方面，第一导电部2和第二导电部3之间能够设置更大体积的光敏半导体部4，在光照下，能够产生更多的自由电子，当声表面波的强度产生变化时，自由电子的数目变化更多，外电路中的电流变化更多，从而具有更高的声表面波探测灵敏度；另一方面，光敏半导体部4处能够集中更强的声场，从而在声场的作用下，能够产生更多的自由电子，当声表面波的强度变化时，自由电子的数目变化也更多，也能够更多地改变外电路中的电流，从而更进一步地提高了声表面波探测的灵敏度。
29.实施例3
30.在实施例2的基础上，在光敏半导体部4的底部、衬底层1中设有凹槽。也就是说，凹槽设置在光敏半导体部4的底部。凹槽严重地破坏的密度分布的连续性或均匀性，在凹槽处聚集了更强的声表面波，从而在光敏半导体部4处聚集了更强的声场，因此，光敏半导体部4价带内更多的电子转化为自由电子，更多地改变了外电路中的电流，从而实现更高强度的声表面波探测。
31.实施例4
32.在实施例3的基础上，凹槽内填充的材料与光敏半导体部4的材料相同。相当于光敏半导体部4部分地嵌入凹槽内，光敏半导体部4填充了凹槽。这样一来，之间在衬底层1表面的凹槽内设置光敏半导体材料即可，制备方法简单。另外，衬底层1内的声表面波能够更多地传递到光敏半导体部4内，从而产生更多的自由电子；应用的光敏半导体部4材料也更多，在与入射光的作用下，光敏半导体部4内能够产生更多的自由电子。这两方面的效果均
导致外电路中的电流增加，从而提高声表面波探测的灵敏度。
33.实施例5
34.在实施例3的基础上，凹槽内嵌有贵金属部，贵金属部可以为贵金属块或贵金属颗粒。贵金属部的材料为金或银。贵金属部不与第一导电部2或第二导电部3接触。贵金属部能够产生表面等离激元共振，在凹槽内形成强电场，这些强电场与光敏半导体部4作用，产生更多的自由电子，从而更进一步地提高声表面波探测的灵敏度。另外，贵金属部也可以为贵金属层，贵金属层反射入射光，增强了光敏半导体部4内的光场，也产生了更多的自由电子。
35.实施例6
36.在实施例5的基础上，光敏半导体部4内设有贯穿的孔洞。这样一来，入射光能够穿透光敏半导体部4，入射到贵金属部或贵金属层上，在贵金属部或贵金属层的作用下，光敏半导体部4中产生更强的电场，从而使得价带中更多的电子转化为自由电子，从而提高声表面波探测的灵敏度。
37.尽管已经示出并描述了本发明的一些实施例，但是本领域的技术人员应认识到：在不脱离本发明的原理和精神的情况下，可对这些实施例进行改变，其中，本发明的范围在权利要求中限定。