专利名称：纳米线辐射热测量计光电检测器的利记博彩app
纳米线辐射热测量计光电检测器对相关申请的交叉引用本申请要求于2008年10月20日以Alexandre Μ. Bratkovski等的名义提交的美国临时专利申请序列号No. 61/106,961的优先权。
背景技术：
辐射热测量计(bolometer)是一种能够根据吸收电磁辐射的材料的物理属性的可测改变而检测电磁辐射的装置。吸收材料当被利用影响该材料的电阻的电磁能量辐射时可以例如经历温度的升高。因此，一些辐射热测量计测量具有已知尺寸且在受控条件下的一片吸收性材料的电阻，以推断被该材料吸收的电磁辐射的确定量，以及通过扩展，推断在吸收性材料的附近存在的电磁辐射的量。
辐射热测量计经常用于配置成测量热辐射的电子装置的光电检测器中。例如， 某些类型的夜视传感器在每个像素处采用基于辐射热测量计的光电检测器以检测红外光。但是，当前可用的辐射热测量计，由于它们仅仅检测在表示热能的窄波长带内的辐射的事实而在可用应用方面是受限的。此外，很多当前可用的辐射热测量计在环境温度(例如 200-300k)下变得较不灵敏。
附图示出此处描述的原理的各种实施例，且是说明书的一部分。所示出的实施例仅仅是示例，且不限制权利要求的范围。
图1A、1B和IC是根据此处描述的原理的各种示例性实施例的、用于光电检测器应用的说明性辐射热测量计纳米线(nanowire)的图示。
图2是根据此处描述的原理的一个示例性实施例的说明性的纳米线辐射热测量计光电检测器的局部剖视的、透视图。
图3是根据此处描述的原理的一个示例性实施例的说明性的纳米线辐射热测量计光电检测器的截面图。
图4是根据此处描述的原理的一个示例性实施例的说明性的纳米线辐射热测量计光电检测器的局部剖视的、透视图。
图5是根据此处描述的原理的一个示例性实施例的说明性的纳米线辐射热测量计光电检测器的局部剖视的、透视图。
图6是根据此处描述的原理的一个示例性实施例的说明性的纳米线辐射热测量计光电检测器的局部剖视的、透视图。
图7是根据此处描述的原理的一个示例性实施例的说明性的纳米线辐射热测量计光电检测器的局部剖视的、透视图。
图8是根据此处描述的原理的一个示例性实施例的用于检测辐射电磁能量的说明性方法的流程图。
遍及附图，相同的参考数字表示类似但未必相同的元件。
具体实施例方式如上所述，辐射热测量计能够用于电子装置的光电检测器中。但是，当前可用的辐射热测量计的局限之处在于，它们仅仅能够检测来自相对窄的波长带的辐射。
本说明书公开了基于辐射热测量计的光电检测器，其能够检测从远红外到可见光波长的范围内的辐射电磁能量的宽广热谱。该光电检测器包括至少一个纳米线，所述纳米线被至少部分地设置在光子阱中，其中，所述至少一个纳米线包括配置为吸收从远红外到可见光的黑化(blackened)表面。在此带内由光电检测器检测到的光的量可以通过测量在该至少一个纳米线中的电阻的改变来确定。
如在本说明书和所附权利要求书中所使用的，术语“纳米线”表示具有典型地低于 50nm的半径的细长结构。
如在本说明书和所附权利要求书中所使用的，术语“光子阱”表示一种结构，该结构被设计成至少临时地将导向到该结构中的辐射电磁能量限制到该结构内的内反射而不逃逸到该结构之外。
如在本说明书和所附权利要求书中所使用的，术语“光”表示具有在大约20Mffl和大约380nm之间的波长的辐射电磁能量。
如在本说明书和所附权利要求书中所使用的，术语“可见光”表示具有在大约 380nm和大约760nm之间的波长的辐射电磁能量。
如在本说明书和所附权利要求书中所使用的，术语“远红外”表示具有在大约SMffl 和大约Imm之间的波长的辐射电磁能量。
在以下的描述中，为了解释的目的，阐明了许多具体细节以提供对本系统和方法的彻底理解。然而，对于本领域技术人员来说，显而易见的是可以在没有这些具体细节的情况下实现本系统和方法。在说明书中引用“实施例”、“示例”或类似语言意味着与该实施例或示例结合描述的特定的特征、结构或特性被包括在至少该一个实施例中，但是不一定包括在其他实施例中。在说明书中各处的短语“在一个实施例中”或类似短语的各种实例不一定都指代同一个实施例。
此处公开的原理现在将通过参考说明性的纳米线辐射热测量计、说明性的光电检测器以及说明性的光检测方法进行讨论。
说明性的纳米线辐射热测量计现在参考图1A、1B和1C，示出(不一定按照比例绘制)了说明性的辐射热测量计纳米线 (100)。图IA示出了辐射热测量计纳米线(100)的外部透视图，且图IB和IC是用于图IA 的纳米线(100)的不同可能实施例的截面图。
纳米线(100)可以包括半导体芯(105)，该半导体芯(105)使用可以适应此处描述的原理的特定应用的任何技术来制造。半导体芯(105)可以包括但不限于至少一种半导体材料，诸如硅、锗及其合金。符合本说明书原理的纳米线(100)可以具有在大约30Mm和大约50nm之间的半径。
如图1A、1B和IC中所示，纳米线(100)可以包括黑化表面(110)。此黑化可以通过利用聚合物涂布纳米线(100)的外部来实现，所述聚合物具有至少一种配置成吸收在纳米线(100)的半导体材料在其处固有地透明的波长处的电磁辐射的染料。例如，该聚合物中可以包括的一种染料是碳黑染料。附加地或替代地，可以在聚合物中包括多种染料或其他光吸收物质来促进对尽可能大范围的波长的电磁能量的吸收。在某些实施例中，可以对半导体材料的芯施加多个聚合物涂层，以实现纳米线(100)上的期望黑化效果。
如图IC中所示，在某些实施例中，半导体芯(105)的端部(115，120)可以是ρ型掺杂或η型掺杂的以便利到相应电极的电通信。替代地，如图IB中所示，半导体芯(105)可以沿着该纳米线(100)的长度保持本征。
说明性的光电检测器现在参考图2，示出说明性的光电检测器(200)。该光电检测器包括设置在光子阱 (205)中的与图1A-1C的那些纳米线一致的多个黑化纳米线(100)。光子阱(205)可以包括在半导体基板(210)上形成的开放反射腔。光子阱(205)的壁(215，220)可以由掺杂的半导体材料形成，并且被电气地及物理地耦合到纳米线(100)，纳米线(100)可以从第一壁 (215)水平地延伸到第二壁(220)。一层或多层氧化物(225)可以将第一和第二壁(215， 220)彼此以及与半导体基板(210)绝缘。
光子阱(205)的内表面可以涂布有反射层(230)，所述反射层(230)诸如例如银和 /或铝层。壁(215，220)可以通过例如在反射层(230)中的中断和/或在反射层(230)与壁(215，220)的导电掺杂部之间设置的绝缘层，来保持彼此电气绝缘。另外或替代地，其中纳米线辐射热测量计(100)接合壁(215，220)的纳米线辐射热测量计(100)的每一侧的紧接周边的周围的每个壁(215，220)中的区域，可以没有反射层(230)的反射材料。在本示例中，光子阱(205)的第一壁(215)的内表面与半导体基板(210)成一角度，从而形成倾斜镜。视最佳适应此处描述的原理的特定应用而定，可以在光子阱(205)中使用很多不同的形状和构造的反射表面。光子阱(205)中的反射表面的定向可以被配置为至少临时地将导向到该结构中的辐射电磁能量限制到该结构中的内反射，以及由此将所接收的光集中在纳米线(100)的附近。例如，在图2中示出从源(245)辐射的光的示例性路径(235，240)；在辐射光离开光子阱(205)之前该路径(235，240)包括在光子阱(205)内的多个回弹。
现在将关于吸收的电磁辐射的效果给出具有设置在光子阱(205)中的辐射热测量计纳米线(100)的光电检测器(200)的物理属性的简要解释。
由一个或多个纳米线吸收的辐射功率的量等于ΦΝ = Φ5Α / N，其中，是辐射功率的密度(功率通量)，A=L2是光敏区域的面积(例如L=30Mffl)，以及N是纳米线的数量。在具有光集中器的光电检测器(200)(该光集中器由一组具有黑化表面的硅或锗纳米线(100) 制成，该黑化表面吸收在从远红外到可见光的范围内的电磁辐射)中，净热平衡方程可以写成
权利要求
1.一种包括至少一个辐射热测量计纳米线(100)的光电检测器(200，300，400，500， 600，700)，所述至少一个辐射热测量计纳米线(100)至少部分地设置在光子阱(205，305， 405,605)内，其中，所述纳米线(100)包括配置为吸收从远红外到可见光的黑化表面 (110)。
2.根据权利要求1所述的光电检测器(200，300，400，500，600，700)，其中，所述纳米线(100)包括硅、锗以及硅锗合金的至少一种。
3.根据前述权利要求中任何一项所述的光电检测器(200，300,400,500,600, 700)，其中，所述光子阱(205，305，405，605)包括开放的反射腔。
4.根据权利要求3所述的光电检测器(200，300,400,500,600, 700)，其中，所述开放的反射腔包括如下的至少一钟相对于所述至少一个纳米线(100)倾斜的侧反射器、圆锥形反射器以及具有至少一个V型槽的反射器。
5.根据权利要求3和4中任何一项所述的光电检测器(200，300,400,500,600, 700)， 其中，所述光子阱(205，305，405，605)还包括设置在所述腔上方且配置为将光反射到所述腔内的反射器(445，645)。
6.根据权利要求3、4和5中任何一项所述的光电检测器(200，300，400，500，600， 700 )，其中，所述至少一个纳米线(100 )被水平悬置在所述反射腔上。
7.根据前述权利要求中任何一项所述的光电检测器(200，300,400,500,600, 700)，其中，所述至少一个纳米线(100)电气耦合到设置在所述至少一个纳米线(100)的第一端部处的第一电极以及设置在所述至少一个纳米线(100)的第二端部处的第二电极。
8.根据前述权利要求中任何一项所述的光电检测器(200，300,400,500,600, 700)，其中，所述黑化表面(110)包括下述的至少一种碳黑层，以及具有配置为吸收从远红外到可见光的嵌入光吸收物质的聚合物。
9.一种光电检测器(300)，包括设置在反射腔的相对侧上的第一和第二电极(315，320)；至少部分地设置在所述反射腔内的多个纳米线(100)，其中，每个所述纳米线(100)包括电气耦合到所述第一电极(315)的第一端部、电气耦合到所述第二电极(320)的第二端部以及配置为吸收从远红外到可见光的黑化表面(110)；电压源(350)，其配置为在所述第一和第二电极(315，320)之间施加电压差；以及测量计(355)，其配置为监视在所述第一和第二电极(315，320)之间流动的电流的至少一个电气特性，并根据所述至少一个电气特性确定被所述纳米线(100)吸收的光的量。
10.根据权利要求9所述的光电检测器(300)，其中，所述纳米线(100)包括硅、锗以及硅锗合金中的至少一种。
11.根据权利要求9和10中任何一项所述的光电检测器(300)，其中，所述电气特性是所述电流的测量的幅值。
12.根据权利要求9、10和11中的任何一项所述的光电检测器(300)，还包括设置在所述反射腔上方的顶部反射器(445，645 )。
13.—种检测辐射能量的方法，所述方法包括将所述辐射能量接收到光子阱(205，305，405，605)中，所述光子阱包括至少部分地设置在所述光子阱(205，305，405，605)内的至少一个纳米线(100)，所述纳米线(100)具有配置为吸收从远红外到可见光的黑化表面(110)； 测量所述至少一个纳米线(100)的电阻；以及根据所述测量的电阻确定被所述至少一个纳米线(100)吸收的光的量。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述光子阱包括反射腔。
15.根据权利要求13和14中的任何一项所述的方法，其中，所述光子阱还包括顶部反射器(445，645)，所述顶部反射器(445，645)设置在所述反射腔上方且配置为将辐射的电磁能量导向到所述腔内。
全文摘要
一种用于检测辐射的电磁能量的光电检测器，包括至少部分地设置在光子阱(205，305，405，605)中的至少一个辐射热测量计纳米线(100)。所述至少一个纳米线(100)具有至少一个黑化表面(110)。所述黑化表面配置为吸收从远红外光到可见光的范围内的辐射电磁能量。
文档编号G01R29/08GK102187237SQ200980141523
公开日2011年9月14日 申请日期2009年3月12日 优先权日2008年10月20日
发明者M. 布拉特科夫斯基 A., V. 奥西波夫 V. 申请人:惠普开发有限公司