CN103308486A - 基于表面等离子体的复合谐振腔红外光子吸收器件 - Google Patents

基于表面等离子体的复合谐振腔红外光子吸收器件 Download PDF

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郝东亮
王泰升
梁秋群
卢振武
孙强
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Abstract

本发明公开了一种基于表面等离子体的复合谐振腔红外光子吸收器件，属于红外光子吸收技术领域，解决了现有技术中红外光子吸收器件在红外波段吸收率小，工作波段较窄的技术问题。本发明的红外光子吸收器件包括反射层；在所述反射层上形成的介质层；在所述介质层上形成的金属层，所述的金属层由周期性排列的微结构组成，微结构的尺寸和周期均为亚波长量级。本发明的复合谐振腔红外光子吸收器件对入射光的平均吸收率高达95%，且能够在较宽的波段内工作。

Description

基于表面等离子体的复合谐振腔红外光子吸收器件
技术领域
本发明涉及一种基于表面等离子体的复合谐振腔红外光子吸收器件，属于红外光子吸收领域。
背景技术
非致冷热释电红外探测***广泛应用于夜视镜、报警***、医用成像***和交通摄像***等领域。热释电红外探测器是非致冷热释电红外探测***的核心，具有重量轻、体积小、探测波段宽和非制冷等许多优点。热释电红外探测器的性能主要由响应速度和敏感性表征，若想热释电红外探测器对红外光有较高的吸收率，就要求探测器在宽波段范围具有对红外光有较好敏感性。
现有技术中，红外光子吸收器件多采用法布里–珀罗腔式结构，即从下到上依次为反射层——介质层——金属层，反射层为在红外波段有高反射率的金属薄膜，介质层为电介质材料构成的薄膜，金属层为金属薄膜，但这种结构的红外光子吸收器件在红外波段的平均吸收率小于80%，工作波段较窄，随着非致冷热释电红外探测***的发展，现有的热释电红外探测器不能满足红外探测***的要求。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术中红外光子吸收器件在红外波段吸收率小，工作波段较窄的技术问题，提供一种基于表面等离子体的复合谐振腔红外光子吸收器件。
本发明的基于表面等离子体的复合谐振腔红外光子吸收器件，包括：
反射层；
在所述反射层上形成的介质层；
在所述介质层上形成的金属层，所述的金属层由周期排列的微结构组成，微结构的尺寸和周期都是亚波长量级。
本发明的有益效果：
本发明的红外光子吸收器件采用反射层——介质层——金属层结构，反射层反射红外光，介质层使红外光横向传播，金属层上的亚波长级的微结构在红外光入射时，能激发表面等离子体波，使光沿着金属层表面传播，增强了红外光子吸收器件对入射光的吸收率，平均吸收率高达95%，且在较宽的波段内，都可以激起表面等离子共振效应，进而实现对宽波段上的红外光的吸收。
附图说明
图1是本发明基于表面等离子体的复合谐振腔红外光子吸收器件的结构示意图；
图2是本发明基于表面等离子体的复合谐振腔红外光子吸收器件的金属层微结构平面示意图；
图3为本发明基于表面等离子体的复合谐振腔红外光子吸收器件的制作流程图；
图4为本发明基于表面等离子体的复合谐振腔红外光子吸收器件的制作流程图；
图5中为本发明基于表面等离子体的复合谐振腔红外光子吸收器件的金属层圆柱型微结构的两种周期排列方式。
图中：1、基底，2、反射层，3、介质层，4、金属层，5、光刻胶。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
如图1所示，本发明的基于表面等离子体的复合谐振腔红外光子吸收器件由位于基底1上的三层膜组成，从下往上依次是：反射层2，介质层3和金属层4；反射层2的厚度在100nm以上，反射层2的厚度大于100nm其反射效果增加不明显，但制作成本较高，综合考虑其效果与成本，优选厚度在100nm，反射层2的材料为在红外波段有高反射率的金属薄膜，如金、银或者铝，反射层2采用真空镀膜法生长在基底1上；介质层3的厚度根据红外光子吸收器件应用的波段而定，一般为四分之一光学波长，介质层3的材料为本领域公知电介质材料，如聚酰亚胺或者二氧化硅，介质层3的镀膜方法依据选用材料的不同而不同，若采用聚酰亚胺类的液状介质，可以采用旋转涂胶法涂在反射层2上，若采用二氧化硅等固体介质，则采用真空镀膜法镀在反射层2上；金属层4的厚度根据具体设计可以为几个纳米到几百纳米，一般为10～50nm，材料如金、银、铝或者镍化铬，金属层4可采用真空镀膜法镀在介质层3上。
基底的材料为本领域公知技术，依据光学器件的表面材料而定，例如，用在红外探测器上，基底可以为铁电体材料。
如图2所示(图中标出的D和T分别表示微结构的尺寸和周期)，金属层4上有周期排列的微结构，微结构的形状没有固定限制，只要满足微结构周期排布，且尺寸和周期都是亚波长量级就可以，根据光子吸收器件应用的波段确定其最适合的形状，一般为圆孔、圆柱、方孔或者方柱，微结构的制作可以采用光刻技术及离子束刻蚀技术来完成；所述周期排列的方式不固定，以圆柱排列方式为例，图5中为圆柱型微结构可能采用的两种周期排列方式(两种排列方式分别为图5a)和图5b))。
如图3，本发明基于表面等离子体的复合谐振腔红外光子吸收器件的制作方法，包括以下步骤：
(1)采用真空镀膜法在基底1上制备反射层2，反射层2的材料为在红外波段反射率高的金、银、铝等；
(2)采用旋转法或者真空镀膜法在反射层2上镀制介质层3，介质层3的材料为电介质材料，如常温下液态的聚酰亚胺或者常温下为固态的二氧化硅；
(3)采用真空镀膜的方法在介质层3上镀制金属层4，在金属层4上涂一层光刻胶5，然后将模板置于光刻胶5上，对光刻胶5曝光并显影，用离子束刻蚀法刻蚀掉未被光刻胶5保护的金属层4，用化学试剂把光刻胶5去除，得到基于表面等离子体的复合谐振腔红外光子吸收器件，金属层4的材料为金、银、铝或者镍化铬等。
如图4，本发明基于表面等离子体的复合谐振腔红外光子吸收器件的制作方法，包括以下步骤：
(1)采用真空镀膜法在基底1上制备反射层2，反射层2的材料为在红外波段反射率高的金、银、铝等；
(2)采用旋转法或者真空镀膜法在反射层2之上镀制介质层3，介质层3的材料为电介质材料，如常温下液态的聚酰亚胺或者常温下为固态的二氧化硅；
(3)在介质层3上涂一层光刻胶5，然后将模板置于光刻胶5上，对光刻胶5曝光并显影，采用真空镀膜的方法在光刻胶5和没有光刻胶5保护的介质层3上镀制金属层4，用化学试剂把光刻胶5去除(光刻胶5和金属层4不是一个数量级，光刻胶5比较厚，金属层4很薄，所以光刻胶5上的金属层4与没有光刻胶5保护的介质层3上的金属层4是分离的，化学试剂腐蚀光刻胶5时，光刻胶5上带有的金属层4也会随光刻胶5除去，只留下介质层3上的金属层4，得到基于表面等离子体的复合谐振腔红外光子吸收器件，金属层4的材料为金、银、铝或者镍化铬等。

Claims (10)

1.基于表面等离子体的复合谐振腔红外光子吸收器件，包括：
反射层；
在所述反射层上形成的介质层；
在所述介质层上形成的金属层；
其特征在于，所述的金属层由周期排列的微结构组成，微结构的尺寸和周期都是亚波长量级。
2.根据权利要求1所述的基于表面等离子体的复合谐振腔红外光子吸收器件，其特征在于，所述的反射层的材料为金、银或者铝。
3.根据权利要求1所述的基于表面等离子体的复合谐振腔红外光子吸收器件，其特征在于，所述的反射层的厚度在100nm以上。
4.根据权利要求1所述的基于表面等离子体的复合谐振腔红外光子吸收器件，其特征在于，所述的介质层的材料为聚酰亚胺或者二氧化硅。
5.根据权利要求1所述的基于表面等离子体的复合谐振腔红外光子吸收器件，其特征在于，所述的介质层的厚度根据红外光子吸收器件应用的波段而定。
6.根据权利要求1所述的基于表面等离子体的复合谐振腔红外光子吸收器件，其特征在于，所述的金属层的材料为金、银、铝或者镍化铬。
7.根据权利要求1所述的基于表面等离子体的复合谐振腔红外光子吸收器件，其特征在于，所述的金属层的厚度为10～50nm。
8.根据权利要求1所述的基于表面等离子体的复合谐振腔红外光子吸收器件，其特征在于，所述的微结构的形状为圆孔、圆柱、方孔或者方柱。
9.根据权利要求1所述的基于表面等离子体的复合谐振腔红外光子吸收器件，其特征在于，所述的反射层与金属层是采用真空蒸镀法镀制的。
10.根据权利要求1所述的基于表面等离子体的复合谐振腔红外光子吸收器件，其特征在于，所述的介质层是采用真空蒸镀法或者旋涂法制备的。
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Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103913788A (zh) * 2013-11-20 2014-07-09 电子科技大学 中红外波段宽频带周期吸波材料
CN104614077A (zh) * 2015-02-05 2015-05-13 电子科技大学 一种高太赫兹波透过率和低红外光通过率的光学窗口
CN105004430A (zh) * 2015-07-28 2015-10-28 昆明物理研究所 一种非制冷红外焦平面探测器的光电敏感单元
CN105070728A (zh) * 2015-08-21 2015-11-18 京东方科技集团股份有限公司 一种显示基板及其制备方法、透明显示装置
KR101624489B1 (ko) 2015-06-15 2016-05-26 한국표준과학연구원 공기와 표면플라즈마 공명기 사이의 임피던스를 정합시키기 위하여 메타물질에 기반한 무반사코팅을 이용한 적외선 광검출기
CN105810704A (zh) * 2016-03-15 2016-07-27 华中科技大学 一种广谱成像探测芯片
CN106019431A (zh) * 2016-07-08 2016-10-12 陕西师范大学 一种空间任意弯曲光束产生器的结构与制备方法
CN106950631A (zh) * 2017-05-09 2017-07-14 华中科技大学 一种基于介质微柱阵列的红外吸波体及制备方法
CN107111011A (zh) * 2017-03-29 2017-08-29 香港中文大学（深圳） 完美吸收体
CN107275421A (zh) * 2017-06-07 2017-10-20 华中科技大学 一种量子点光电探测器及其制备方法
CN107329285A (zh) * 2017-07-21 2017-11-07 江西师范大学 基于ito‑金属‑半导体结构的近红外光吸收器件
CN107732017A (zh) * 2017-10-10 2018-02-23 北京大学 一种等离激元结构衬底及其制备和应用
CN106206867B (zh) * 2016-07-21 2018-10-19 中北大学 三明治型金属超结构的红外辐射光源及制作方法
CN112698433A (zh) * 2020-12-28 2021-04-23 中国科学院微电子研究所 一种超材料红外吸收体及其制造方法
CN114265134A (zh) * 2022-01-24 2022-04-01 南京航空航天大学 一种电磁波宽带选择性吸收微纳结构及其制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070034978A1 (en) * 2004-06-17 2007-02-15 Pralle Martin U Photonic crystal emitter, detector and sensor
CN102226719A (zh) * 2011-04-08 2011-10-26 华中科技大学 红外吸收结构及基于该结构的非致冷红外探测器
CN102393253A (zh) * 2011-11-03 2012-03-28 无锡萌涉传感技术有限公司 一种光谱微测辐射热计

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070034978A1 (en) * 2004-06-17 2007-02-15 Pralle Martin U Photonic crystal emitter, detector and sensor
CN102226719A (zh) * 2011-04-08 2011-10-26 华中科技大学 红外吸收结构及基于该结构的非致冷红外探测器
CN102393253A (zh) * 2011-11-03 2012-03-28 无锡萌涉传感技术有限公司 一种光谱微测辐射热计

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BINGXIN ZHANG等: "Polarization-independent dual-band infrared perfect absorber based on a metal-dielectric-metal elliptical nanodisk array", 《OPTICS EXPRESS》 *
曹晓晖等: "金属微粒-绝缘媒质复合体的远红外吸收", 《物理学报》 *
鱼卫星等: "亚波长周期结构与多层增透膜反射特性的比较", 《光学精密工程》 *

Cited By (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103913788B (zh) * 2013-11-20 2016-08-17 电子科技大学 中红外波段宽频带周期吸波材料
CN103913788A (zh) * 2013-11-20 2014-07-09 电子科技大学 中红外波段宽频带周期吸波材料
CN104614077A (zh) * 2015-02-05 2015-05-13 电子科技大学 一种高太赫兹波透过率和低红外光通过率的光学窗口
KR101624489B1 (ko) 2015-06-15 2016-05-26 한국표준과학연구원 공기와 표면플라즈마 공명기 사이의 임피던스를 정합시키기 위하여 메타물질에 기반한 무반사코팅을 이용한 적외선 광검출기
CN105004430A (zh) * 2015-07-28 2015-10-28 昆明物理研究所 一种非制冷红外焦平面探测器的光电敏感单元
CN105004430B (zh) * 2015-07-28 2019-12-06 昆明物理研究所 一种非制冷红外焦平面探测器的光电敏感单元
CN105070728A (zh) * 2015-08-21 2015-11-18 京东方科技集团股份有限公司 一种显示基板及其制备方法、透明显示装置
CN105810704B (zh) * 2016-03-15 2018-06-12 华中科技大学 一种广谱成像探测芯片
CN105810704A (zh) * 2016-03-15 2016-07-27 华中科技大学 一种广谱成像探测芯片
CN106019431B (zh) * 2016-07-08 2019-06-07 陕西师范大学 一种空间任意弯曲光束产生器的结构与制备方法
CN106019431A (zh) * 2016-07-08 2016-10-12 陕西师范大学 一种空间任意弯曲光束产生器的结构与制备方法
CN106206867B (zh) * 2016-07-21 2018-10-19 中北大学 三明治型金属超结构的红外辐射光源及制作方法
CN107111011A (zh) * 2017-03-29 2017-08-29 香港中文大学（深圳） 完美吸收体
CN106950631A (zh) * 2017-05-09 2017-07-14 华中科技大学 一种基于介质微柱阵列的红外吸波体及制备方法
CN107275421A (zh) * 2017-06-07 2017-10-20 华中科技大学 一种量子点光电探测器及其制备方法
CN107329285A (zh) * 2017-07-21 2017-11-07 江西师范大学 基于ito‑金属‑半导体结构的近红外光吸收器件
CN107732017A (zh) * 2017-10-10 2018-02-23 北京大学 一种等离激元结构衬底及其制备和应用
CN112698433A (zh) * 2020-12-28 2021-04-23 中国科学院微电子研究所 一种超材料红外吸收体及其制造方法
CN112698433B (zh) * 2020-12-28 2023-06-23 中国科学院微电子研究所 一种超材料红外吸收体及其制造方法
CN114265134A (zh) * 2022-01-24 2022-04-01 南京航空航天大学 一种电磁波宽带选择性吸收微纳结构及其制备方法
CN114265134B (zh) * 2022-01-24 2024-03-15 南京航空航天大学 一种电磁波宽带选择性吸收微纳结构及其制备方法

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