CN101724811B - 一种基于亚波长金属孔阵列的电磁吸收体 - Google Patents
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Abstract
一种基于亚波长金属孔阵列的电磁吸收体，制作步骤：(1)选择石英基片，并将其表面抛光；然后采用真空蒸镀，在表面抛光后的石英基片表面沉积一层厚度大于50纳米的金膜；(2)在金膜表面蒸镀一层厚度为35纳米至45纳米的SiO2膜，并在所述SiO2膜上均匀涂覆一层光刻胶；(3)采用电子束光刻的方法，在光刻胶上制备出亚波长介质柱结构，所述亚波长介质柱结构的周期为235纳米-245纳米，占空比为1∶1.35-1∶1.45；(4)采用真空蒸镀技术，在已成型光刻胶上蒸镀厚度为20纳米至25纳米的金膜；(5)采用去胶液，将亚波长介质柱结构和蒸镀在亚波长介质柱结构上的金膜除去，基于亚波长金属孔阵列的电磁完美吸收体制作完成。本发明具有制作简便，厚度小，入射角度大的特性，在电磁能量吸收、转换等领域具有很大的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用亚波长金属孔阵列结构的表面等离子耦合特性，实现可见光频段的电磁完美吸收的人工复合结构材料的设计和制作。
技术背景
电磁能量吸收是能量获取以及转换的一个先决条件，目前的电磁能量吸收主要是传统材料的能级跃迁吸收，其吸收的机制是基于材料中电子能级跃迁、分子能级振荡、载流子能级跃迁等，这些振荡和跃迁能够将外部辐射的电磁能转化为材料内部的电子势能、分子势能等，并最终转化为可以可用信号，如热、电势等。在这些能量转换中，尤其是当外部电磁能转化为材料内部的势能时，其转换效率受到材料的限制。在制作过程中引入的材料中的各种缺陷会降低吸收效率。另外，每种材料的吸收波长和范围固定，限制了吸收波长和带宽的可调性。
发明内容
本发明要解决的问题是：针对现有可见光频段电磁吸收材料的缺乏，提出一种利用亚波长金属孔阵列结构的表面等离子耦合特性，实现可见光频段的电磁吸收的人工复合结构材料的方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于亚波长金属孔阵列的电磁吸收体，其特征所述吸收体的制作步骤如下：
(1)选择石英基片，并将其表面抛光；然后采用真空蒸镀，在表面抛光后的石英基片表面沉积一层厚度大于50纳米的金膜；
(2)在金膜表面蒸镀一层厚度为35纳米至45纳米的SiO2膜，并在SiO2膜上均匀涂覆一层光刻胶；
(3)采用电子束光刻的方法，在光刻胶上制备出亚波长介质柱结构，所述亚波长介质柱结构的周期为235纳米至245纳米，占空比为1∶1.35至1∶1.45；
(4)采用真空蒸镀技术，在已成型光刻胶上蒸镀厚度为20纳米至25纳米的金膜；
(5)采用去胶液，将亚波长介质柱结构和蒸镀在亚波长介质柱结构上的金膜除去，基于亚波长金属孔阵列的电磁完美吸收体制作完成。
所述步骤(2)中的光刻胶为用于电子束刻蚀的PMMA光刻胶，其厚度为40纳米至50纳米。
本发明与同传统的实现电磁吸收的材料相比所具有的优点：本发明通过技术方案中各步骤的组合，同时采用光刻技术，实现了具有特异电磁特性的形金属复合层结构，具有制作简便，厚度小，入射角度大的特性，在电磁能量吸收、转换等领域具有很大的应用前景。
附图说明
图1是本发明基于亚波长金属孔阵列的电磁完美吸收体的第一步的制作示意图；
图2是本发明基于亚波长金属孔阵列的电磁完美吸收体的第二步的制作示意图；
图3是本发明基于亚波长金属孔阵列的电磁完美吸收体的第三步的制作示意图；
图4是本发明基于亚波长金属孔阵列的电磁完美吸收体的第四步的制作示意图；
图5是本发明基于亚波长金属孔阵列的电磁完美吸收体的第五步的制作示意图；
图中：1为表面抛光的石英基片；2为蒸镀的金膜；3为蒸镀的SiO2膜；4为旋涂的PMMA电子束光刻胶。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式详细介绍本发明。但以下的实施例仅限于解释本发明，本发明的保护范围应包括权利要求的全部内容，而且通过以下实施例1、2、3，本领域的技术人员即可以实现本发明权利要求的全部内容。
实施例1
如图1所示，本实施例第一步的制作示意图，首先选择石英基片1，并将其表面抛光；然后在其表面蒸镀一层厚度大于50纳米的金膜2；
如图2所示，本实施例第二步的制作示意图，在金膜表面蒸镀厚度为35纳米SiO2膜3，然后均匀涂覆厚度为50纳米的PMMA光刻胶4；
如图3所示，本实施例第三步的制作示意图，采用电子束光刻的方法，在光刻胶4上制备出周期235纳米，占空比为1∶1.35的亚波长介质柱结构；
如图4所示，本实施例第四步的制作示意图，采用真空蒸镀技术，在亚波长介质柱结构上蒸镀厚度为20纳米的金膜4；
如图5所示，本实施例第五步的制作示意图，采用去胶液，将亚波长介质柱结构和蒸镀在亚波长介质柱结构上的金膜除去。基于亚波长金属孔阵列的电磁完美吸收体制作完成。
实施例2
如图1所示，本实施例第一步的制作示意图，首先选择石英基片1，并将其表面抛光；然后在其表面蒸镀一层厚度大于50纳米的金膜2；
如图2所示，本实施例第二步的制作示意图，在金膜表面蒸镀厚度为40纳米SiO2膜3，然后均匀涂覆厚度为50纳米的PMMA光刻胶4；
如图3所示，本实施例第三步的制作示意图，采用电子束光刻的方法，在光刻胶4上制备出周期240纳米，占空比为1∶1.4的亚波长介质柱结构；
如图4所示，本实施例第四步的制作示意图，采用真空蒸镀技术，在亚波长介质柱结构上蒸镀厚度为20纳米的金膜4；
如图5所示，本实施例第五步的制作示意图，采用去胶液，将亚波长介质柱结构和蒸镀在亚波长介质柱结构上的金膜除去。基于亚波长金属孔阵列的电磁完美吸收体制作完成。
实施例3
如图1所示，本实施例第一步的制作示意图，首先选择石英基片1，并将其表面抛光；然后在其表面蒸镀一层厚度大于50纳米的金膜2；
如图2所示，本实施例第二步的制作示意图，在金膜表面蒸镀厚度为45纳米SiO2膜3，然后均匀涂覆厚度为50纳米的PMMA光刻胶4；
如图3所示，本实施例第三步的制作示意图，采用电子束光刻的方法，在光刻胶4上制备出周期245纳米，占空比为1∶1.45的亚波长介质柱结构；
如图4所示，本实施例第四步的制作示意图，采用真空蒸镀技术，在亚波长介质柱结构上蒸镀厚度为20纳米的金膜4；
如图5所示，本实施例第五步的制作示意图，采用去胶液，将亚波长介质柱结构和蒸镀在亚波长介质柱结构上的金膜除去。基于亚波长金属孔阵列的电磁完美吸收体制作完成。
通过以上方法所制作的基于亚波长金属孔阵列的电磁完美吸收体，利用亚波长金属孔阵列的表面等离子体耦合特性，实现在可见光频段，对电磁辐射的完美吸收。仿真结果表明通过该吸收体能在各个方位大幅度吸收电磁辐射(平均吸收率大于90％)。该吸收体是目前具有最短波长的电磁辐射吸收材料，同时具有制作简便，厚度小，入射角度大的特性，在电磁能量吸收、转换等领域具有很大的应用前景。
本发明未详细阐述部分属于本领域的公知技术。
Claims (1)
1.一种基于亚波长金属孔阵列的电磁吸收体，其特征所述吸收体的制作步骤如下：
(1)选择石英基片，并将其表面抛光；然后采用真空蒸镀，在表面抛光后的石英基片表面沉积一层厚度大于50纳米的金膜；
(2)在金膜表面蒸镀一层厚度为35纳米-45纳米的SiO2膜，并在所述SiO2膜上均匀涂覆一层光刻胶；
(3)采用电子束光刻的方法，在光刻胶上制备出亚波长介质柱结构，所述亚波长介质柱结构的周期为235纳米-245纳米，占空比为1∶1.35-1∶1.45；
(4)采用真空蒸镀技术，在已成型光刻胶上蒸镀厚度为20纳米-25纳米的金膜；
(5)采用去胶液，将亚波长介质柱结构和蒸镀在亚波长介质柱结构上的金膜除去，基于亚波长金属孔阵列的电磁吸收体制作完成。
所述步骤(2)中的光刻胶为用于电子束刻蚀的PMMA光刻胶，其厚度为40纳米-50纳米。
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