CN112698433B - 一种超材料红外吸收体及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种超材料红外吸收体及其制造方法，该超材料红外吸收体包括衬底、金属膜层、介质隔离层和金属结构。介质隔离层上设置有金属结构，金属结构呈周期性的间隔分布。由金属膜层、介质隔离层及金属结构组成的超材料红外吸收体支持法珀腔共振、传播表面等离激元和局域表面等离子体共振的协同效应，使得超材料红外吸收体通过协同效应同时吸收中波红外波段和长波红外波段的电磁波。通过由金属膜层、介质隔离层及金属结构组成的超材料红外吸收体支持法珀腔共振、传播表面等离激元和局域表面等离子体共振的协同效应，从而利用该协同效应，使超材料红外吸收体既能够吸收中波红外波段的电磁波，又能够吸收长波红外波段的电磁波。

Description

一种超材料红外吸收体及其制造方法

技术领域

本发明涉及微纳光学技术领域，尤其涉及一种超材料红外吸收体及其制造方法。

背景技术

目前光电探测器不仅是半导体光电子学的重要组成部分，还在国防、医疗、通信等广泛应用领域中起着重要作用，即光电探测器属于核心技术器件。红外探测器属于光电探测器中的一种，红外探测器可将入射的红外辐射信号转变成电信号进行输出，拓展人类视觉能力，因此，红外探测器可应用于夜视、监控、减灾、安防、遥感等领域。红外探测器经历了从单元到多元、从多元到焦平面的发展，当前主流的红外探测器为焦平面探测器。在大气环境中，物体的红外辐射只能在1-2.5μm(短波红外)、3-5μm(中波红外)和8-14μm(长波红外)三个大气窗口内有效传输。然而，由于所用红外敏感材料和器件结构的限制，红外探测器通常只工作在上述三个大气窗口中的一个红外波段，获取信息的能力有限。

发明内容

本发明提供了一种超材料红外吸收体及其制造方法，以同时吸收中波红外波段和长波红外波段的电磁波，同时简化结构。

第一方面，本发明提供了一种超材料红外吸收体，该超材料红外吸收体包括衬底、设置在衬底上的金属膜层、以及设置在金属膜层上的介质隔离层。在介质隔离层上设置有金属结构，且金属结构呈周期性的间隔分布，且每个金属结构均具有C4对称性。且由金属膜层、介质隔离层及金属结构组成的超材料红外吸收体支持法珀腔共振、传播表面等离激元和局域表面等离子体共振的协同效应，以使超材料红外吸收体通过协同效应吸收中波红外波段和长波红外波段的电磁波。

在上述的方案中，通过由金属膜层、介质隔离层及金属结构组成的超材料红外吸收体支持法珀腔共振、传播表面等离激元和局域表面等离子体共振的协同效应，从而利用该协同效应，使超材料红外吸收体既能够吸收中波红外波段的电磁波，又能够吸收长波红外波段的电磁波。同时超材料红外吸收体由依次层叠的金属膜层、介质隔离层及金属结构形成，简化结构，在加工时，只有最顶层的金属结构需要进行微结构制造，且微结构可通过一次光刻成型，易于加工，减小加工难度。

在一个具体的实施方式中，介质隔离层的厚度为设定厚度，以使超材料红外吸收体的电磁波吸收率在中波红外波段和长波红外波段分别均具有吸收峰，以提高对中波红外波段及长波红外波段的电磁波的吸收率。

在一个具体的实施方式中，该设定厚度为0.6μm～0.8μm，以进一步提高对中波红外波段及长波红外波段的电磁波的吸收率。

在一个具体的实施方式中，介质隔离层的材料为硅、锑化镓或砷化镓，以便于选择当前技术易于实现的半导体工艺在金属膜层上生长出介质隔离层，从而无需将介质隔离层键合在金属膜层上，简化加工工艺。

在一个具体的实施方式中，金属结构为圆盘结构、十字形结构或正方形结构，以使形成的超材料红外吸收体具有偏振不敏感性，可应用于各种偏振态入射的情况，同时使超材料吸收体还拥有允许大角度入射特性。

在一个具体的实施方式中，金属结构为圆盘结构，且圆盘结构的直径为0.6μm～0.7μm，以在中波红外波段的吸收峰几乎不变的情况下，使超材料红外吸收体对长波红外波段的电磁波的吸收率整体较大。

在一个具体的实施方式中，圆盘结构的厚度为10nm～15nm，以提高双波段吸收的效果。

在一个具体的实施方式中，相邻两个圆盘结构的中心之间的间距为1.0μm～1.6μm，以提高中波红外与长波红外双波段的整体吸收率。

在一个具体的实施方式中，金属膜层的厚度不小于100nm，使金属膜层的厚度远大于红外波段电磁波在金属膜层中的趋肤深度，完全阻止光的透射。

在一个具体的实施方式中，金属膜层及金属结构的材料为钛，介质隔离层的材料为硅，以提高超材料红外吸收体的吸收效果，同时便于采用集成电路CMOS兼容工艺在衬底上生长出金属膜层，及在金属膜层上生长出介质隔离层，及在介质隔离层上生长出金属结构。

在一个具体的实施方式中，金属结构沿正方形晶格方式周期性分布在介质隔离层上。

在一个具体的实施方式中，金属结构沿六角形晶格方式周期性分布在介质隔离层上。

第二方面，本发明还提供了一种上述超材料红外吸收体的制造方法，该制造方法包括：

提供一衬底；

在衬底上生长出金属膜层；

在金属膜层上生长出介质隔离层；

在介质隔离层上形成金属结构，金属结构呈周期性的间隔分布，且每个金属结构均具有C4对称性；

且由金属膜层、介质隔离层及金属结构组成的超材料红外吸收体支持法珀腔共振、传播表面等离激元和局域表面等离子体共振的协同效应，以使超材料红外吸收体通过协同效应吸收中波红外波段和长波红外波段的电磁波。

在上述的方案中，通过由金属膜层、介质隔离层及金属结构组成的超材料红外吸收体支持法珀腔共振、传播表面等离激元和局域表面等离子体共振的协同效应，从而利用该协同效应，使超材料红外吸收体既能够吸收中波红外波段的电磁波，又能够吸收长波红外波段的电磁波。同时超材料红外吸收体由依次层叠的金属膜层、介质隔离层及金属结构形成，且金属膜层、介质隔离层均采用集成电路CMOS兼容工艺在衬底上生长出金属膜层，在金属膜层上生长出介质隔离层，只有最顶层的金属结构需要进行微结构制造，且微结构可通过一次光刻成型，易于加工，减小加工难度。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种超材料红外吸收体的立体图；

图2为本发明实施例提供的一种超材料红外吸收体中一个吸收结构单元的立体图；

图3为图2中所示出的吸收结构单元的侧面图；

图4为图2中所示出的吸收结构单元的俯视图；

图5为金属膜层的顶部有无介质隔离层及金属结构时的波长-吸收率的变化对比示意图；

图6为本发明实施例示出的超材料红外吸收体在较厚和较薄介质隔离层厚度时的波长-吸收率的变化对比示意图；

图7为本发明实施例示出的超材料红外吸收体中不同介质隔离层厚度下的波长-吸收率的变化对比示意图；

图8为本发明实施例示出的超材料红外吸收体在不同周期密度下的波长-吸收率的变化对比示意图；

图9为本发明实施例示出的超材料红外吸收体在不同直径的圆盘结构下的波长-吸收率的变化对比示意图；

图10为本发明实施例示出的超材料红外吸收体在不同厚度的圆盘结构下的波长-吸收率的变化对比示意图；

图11为本发明实施例示出的超材料红外吸收体在TE与TM两种偏振状态下的波长-吸收率的变化对比示意图；

图12为本发明实施例示出的超材料红外吸收体在不同的入射角时的波长-吸收率的变化对比示意图；

图13为本发明实施例示出的超材料红外吸收体的介质隔离层在由不同材料组成时的波长-吸收率的变化对比示意图。

附图标记：

1-衬底 2-金属膜层 3-介质隔离层 4-金属结构

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了方便理解本发明实施例提供的超材料红外吸收体，下面首先说明一下本发明实施例提供的超材料红外吸收体的应用场景，该超材料红外吸收体作为吸收电磁波的结构，能够应用于红外探测器、辐射冷却装置和太阳能收集装置等产品中。下面结合附图对该超材料红外吸收体进行详细的叙述。

参考图1、图2、图3及图4，本发明实施例提供的超材料红外吸收体包括衬底1、设置在衬底1上的金属膜层2、以及设置在金属膜层2上的介质隔离层3。在介质隔离层3上设置有金属结构4，且金属结构4呈周期性的间隔分布，且每个金属结构4均具有C4对称性。且由金属膜层2、介质隔离层3及金属结构4组成的超材料红外吸收体支持法珀腔共振、传播表面等离激元和局域表面等离子体共振的协同效应，以使超材料红外吸收体通过协同效应吸收中波红外波段和长波红外波段的电磁波。

在上述的方案中，通过由金属膜层2、介质隔离层3及金属结构4组成的超材料红外吸收体支持法珀腔共振、传播表面等离激元和局域表面等离子体共振的协同效应，从而利用该协同效应，使超材料红外吸收体既能够吸收中波红外波段的电磁波，又能够吸收长波红外波段的电磁波。同时超材料红外吸收体由依次层叠的金属膜层2、介质隔离层3及金属结构4形成，简化结构，在加工时，只有最顶层的金属结构4需要进行微结构制造，且微结构可通过一次光刻成型，易于加工，减小加工难度。下面结合附图对上述各个结构进行详细的介绍。

参考图1、图2及图3，在设置衬底1时，该衬底1可以为硬质的平整衬底，作为支撑结构，衬底1的材料可以是硅、石英玻璃或其他任何平整硬质材料。在衬底1上从下向上依次设置有金属膜层2、介质隔离层3及金属结构4，且金属结构4为周期性的间隔分布，即形成金属-介质隔离层-金属的结构。在具体设置金属膜层2时，金属膜层2的厚度t_mirror可以不小于100nm，具体的，t_mirror可以是100nm、110nm、120nm、130nm、140nm、150nm等不小于100nm的任意值，使金属膜层2的厚度远大于红外波段电磁波在金属膜层2中的趋肤深度，完全阻止光的透射。金属膜层2的材料可以为钛，以提高超材料红外吸收体的吸收效果，同时便于采用集成电路CMOS兼容工艺在衬底1上生长出金属膜层2。当然，金属膜层2也可以为其他的金属材料。在具体确定介质隔离层3的材料时，介质隔离层3的材料可以为硅、锑化镓或砷化镓，以便于选择当前技术易于实现的半导体工艺在金属膜层2上生长出介质隔离层3，从而无需将介质隔离层3键合在金属膜层2上，简化加工工艺。

在具体设置金属结构4时，金属结构4具有C4对称性，具体的，金属结构4可以为圆盘结构、十字形结构或正方形结构，以使形成的超材料红外吸收体具有偏振不敏感性，可应用于各种偏振态入射的情况，同时使超材料吸收体还拥有允许大角度入射特性。金属结构4的材料可以为钛，此时，介质隔离层3的材料可以为硅，以提高超材料红外吸收体的吸收效果，同时便于采用集成电路CMOS兼容工艺在介质隔离层3上生长出金属结构4。当然，金属结构4也可以为其他的金属材料。在具体排列金属结构4时，参考图1，金属结构4可以沿正方形晶格方式周期性分布在介质隔离层3上，即每个金属结构4周围均具有4个金属结构4相邻。金属结构4还可以沿六角形晶格方式周期性分布在介质隔离层3上，即每个金属结构4周围均具有6个金属结构4相邻。

现有技术中存在只有衬底1上设置一层金属钛膜，而无介质隔离层3和金属结构4的吸收体。如图5所示，为该仅由一层金属膜层2组成的吸收体在中波红外波段和长波红外波段的吸收率的示意图。需要解释的是，中波红外波段是指波长为3μm～5μm的波段，长波红外波段是指波长为8μm～14μm的波段。从图5可以看出，在2μm～15μm波长范围内的吸收体整体的吸收率都在40％以下。其中，在中波红外波段(3μm～5μm)的吸收率约为10～35％。长波红外波段波(8μm～14μm)的吸收率更低，处于5％以下，且波长越长吸收率越接近于0(如图5中实线曲线所示)。

继续参考图5，通过在金属膜层2上方添加设定厚度的介质隔离层3，并在介质隔离层3之上再添加合适尺寸的金属结构4，形成本申请的超材料红外吸收体时，利用金属-介质-金属整体结构所支持的法珀腔模式、传播表面等离激元模式和局域表面等离子体共振模式的协同效应，能够将中波红外和长波红外两个重要红外窗口波段的吸收率提升到80％以上(如图5中带圈曲线所示)。由此可见，本申请公开的超材料红外吸收体相比现有技术中仅由一层金属膜层2组成的吸收体，不论在中波红外波段，还在在长波红外波段都有很好的吸收效果。

另外，介质隔离层3的厚度为t_d，是影响超材料红外吸收体性能的重要参数，需要优化加以确定具体数值。能够通过调整介质隔离层3的厚度，使由金属膜层2、介质隔离层3及金属结构4组成的超材料红外吸收体支持法珀腔共振、传播表面等离激元和局域表面等离子体共振的协同效应，以使超材料红外吸收体通过协同效应吸收中波红外波段和长波红外波段的电磁波。具体的，介质隔离层3的厚度可以为设定厚度，以使超材料红外吸收体的电磁波吸收率在中波红外波段和长波红外波段分别均具有吸收峰，以提高对中波红外波段及长波红外波段的电磁波的吸收率。其中，超材料红外吸收体的电磁波吸收率在中波红外波段和长波红外波段分布均具有吸收峰是指：超材料红外吸收体在中波红外波段可以具有1个、2个、3个等不少于1个的吸收峰，且超材料红外吸收体在长波红外波段可以具有1个、2个、3个等不少于1个的吸收峰。

如图6所示出的是介质隔离层3在较厚和较薄时的超材料红外吸收体的吸收率-波长的变化示意图。通过图6可以看出，相比于只有金属膜层2组成的吸收体的吸收率变化情况(图6中无标记曲线)，本申请公开的超材料红外吸收体无论是介质隔离层3较厚，还是介质隔离层3较薄时，超材料红外吸收体在2μm～15μm波段都有明显的吸收峰出现。但是介质隔离层3的厚度不同，从而会使超材料红外吸收体的吸收率变化不同。当介质隔离层3比较薄时(对应t_d＝0.2μm，方块标记实线)，只能在3μm～5μm的中波红外波段范围内产生一个吸收峰。虽然吸收波段带宽较大，但未能在8μm～14μm的长波红外波段的范围内产生吸收峰。当介质隔离层3比较厚时(对应t_d＝0.7μm，三角标记实线)，虽然在3μm～5μm的中波红外波段的范围内的吸收波段带宽变窄，但是在8μm～14μm的长波红外波段的范围内出现了另一个较宽的吸收峰，初步实现了双波段吸收的效果。由于新产生的这些吸收峰波长随着介质隔离层3厚度的增加而红移，因此这些吸收峰对应着结构的介质隔离层3贡献出法珀腔共振模式。

在具体确定介质隔离层3的厚度时，该设定厚度可以为0.6μm～0.8μm，具体的，该设定厚度可以为0.6μm、0.7μm、0.8μm等介于0.6μm～0.8μm之间的任意值，使超材料红外吸收体在中波红外波段的吸收率具有一个吸收峰，在长波红外波段的吸收率具有两个吸收峰，以进一步提高对中波红外波段及长波红外波段的电磁波的吸收率。参考图7，在介质隔离层3的厚度为0.4μm、0.5μm，以及介质层的厚度在0.9μm、1.0μm时，超材料红外吸收体在中波红外波段的吸收率均具有一个吸收峰，在长波红外波段的吸收率也均只有一个吸收峰。而介质隔离层3的厚度在0.6μm、0.7μm、0.8μm时，超材料红外吸收体在中波红外波段的吸收率同样均具有一个吸收峰，但是，在长波红外波段的吸收率均具有两个吸收峰，从而使超材料红外吸收体的整体吸收率较大，吸收效果较好。

另外，周期性分布在介质隔离层3上的金属结构4的疏密程度也影响超材料红外吸收体的吸收率。而相邻的金属结构4之间的间距决定了金属结构4周期性分布的疏密程度。以下以金微结构4为圆盘结构的设置方式举例说明。在具体确定两个圆盘结构之间的间距时，可以使相邻两个圆盘结构的中心之间的间距为1.0μm～1.6μm，具体的，相邻两个圆盘结构的中心之间的间距可以为1.0μm、1.1μm、1.2μm、1.3μm、1.4μm、1.5μm、1.6μm等介于1.0μm～1.6μm之间的任意值，以使超材料红外吸收体在中波红外波段的吸收率具有一个吸收峰，在长波红外波段的吸收率具有两个吸收峰，以提高中波红外与长波红外双波段的整体吸收率。

参考图1及图8，假定在x方向相邻的两个圆盘结构的中心之间的间距Px与在y方向相邻的两个圆盘结构的中心之间的间距Px相等，即P＝Px＝Py，多个圆盘结构采用正方形晶格方式周期性分布在介质隔离层3上。如图8所示，在相邻的两个圆盘结构的中心之间的间距为为1.0μm、1.1μm、1.2μm、1.3μm、1.4μm、1.5μm、1.6μm时，超材料红外吸收体在中波红外波段的吸收率具有一个吸收峰，在长波红外波段的吸收率具有两个吸收峰，以提高中波红外与长波红外双波段的整体吸收率。随着周期增大(即金属结构4的周期性分布较稀疏)，中波红外波段的吸收峰几乎没有受到影响，长波红外波段的两个吸收峰则逐渐靠拢，对应的吸收带宽逐渐变窄，同时吸收光谱的线型也有一定变化。由于在圆盘结构的直径固定的情况下，周期P的改变主要影响圆盘结构的边缘间距，也即圆盘结构间的耦合程度。因此当周期P逐渐增大时，圆盘结构之间的边缘间距会逐渐增大，从而圆盘结构之间的耦合会越来越弱，从而两个吸收峰逐渐靠近，吸收带宽变窄，同时带宽内的整体吸收率增加。因此，如果只寻求更窄波段范围内(如9μm～12μm)接近100％的吸收率，则可以选择稍微大的周期，如P＝1.4μm或P＝1.6μm。然而，从中波红外与长波红外双波段整体吸收率最大的角度考虑，通过对吸收特性曲线在3μm～5μm和8μm～14μm范围进行曲线下面积积分，得到整体吸收效果的量化评价数据(如每条曲线右边的数字所示)，可以确定P＝1.1μm为最优的周期。

另外，金属结构4的直径大小也会影响超材料红外吸收体的整体吸收效果。在金属结构4为圆盘结构时，圆盘结构的直径可以为0.6μm～0.7μm，具体的，圆盘结构的直径可以为0.6μm、0.7μm等介于0.6μm～0.7μm之间的任意值，使超材料红外吸收体在中波红外波段的吸收率具有一个吸收峰，在长波红外波段的吸收率具有两个吸收峰，即在中波红外波段的吸收峰几乎不变的情况下，使超材料红外吸收体对长波红外波段的电磁波的吸收率整体较大。参考图9，在周期固定为P＝1.1μm的情况下，随着圆盘结构的直径D由小变大，中波红外波段的吸收峰几乎不变，长波红外波段的吸收峰变得越发明显，同时线型也发生相应变化。在圆盘结构的直径为0.6μm、0.7μm时，超材料红外吸收体在中波红外波段的吸收率具有一个吸收峰，在长波红外波段的吸收率具有两个吸收峰，即在中波红外波段的吸收峰几乎不变的情况下，使超材料红外吸收体对长波红外波段的电磁波的吸收率整体较大。与图8类似，采取曲线下面积积分的方法来进行定量比较，从而可挑选出在圆盘直径D＝0.7μm时，双波段吸收的效果达到最佳。

再者，圆盘结构的厚度也影响超材料红外吸收体的整体吸收效果，在确定圆盘结构的厚度时，圆盘结构的厚度为10nm～15nm，圆盘结构的厚度可以为10nm、11nm、12nm、13nm、14nm、15nm等介于10nm～15nm之间的任意值，使超材料红外吸收体在中波红外波段的吸收率具有一个吸收峰，在长波红外波段的吸收率具有两个吸收峰，以提高双波段吸收的效果。参考图10，随着顶层的金属结构4的厚度的增加，中波红外波段的吸收峰几乎不变(即中波红外波段的吸收率与顶层的金属结构4的厚度无关)，而长波红外波段的吸收特性发生了比较明显的变化。在圆盘结构的厚度为10nm、15nm时，超材料红外吸收体在中波红外波段的吸收率具有一个吸收峰，在长波红外波段的吸收率具有两个吸收峰，以提高双波段吸收的效果。与图8类似，采取曲线下面积积分的方法来进行定量比较，从而可挑选出在顶层金属厚度t_m＝10nm时，双波段吸收的效果达到最佳。

采用上述示出的超材料红外吸收体，除了前述示出的具有双波段、宽带吸收特性的情况下，还具有如下的优良特性：

(1)本发明实施例提供的超材料红外完美吸收体具有偏振不敏感性，即对不同偏振的入射光波，其红外吸收特性保持不变。如图11所示，在正入射情况下，无论是横电波(TE)或横磁波(TM)入射，本发明实施例中超材料红外吸收体的吸收特性曲线完全重合，说明本发明实施例所设计的超材料红外吸收体可同时应用于TE与TM两种偏振的情况。由于任意偏振态可由TE与TM两种偏振态叠加得到，因此本发明实施例设计的红外吸收体在各种偏振状态下，包括任意方向的线偏振光、圆偏振光、椭圆偏振光以及非偏振光，均能保持吸收特性不变，因而具备偏振不敏感特性。

(2)本发明实施例提供的超材料红外完美吸收体还具备宽入射角度特性。图12中的黑色无标记实线给出了正入射时的情况(对应入射角θ＝0°)，当入射角逐渐增大而偏离正入射时，红外吸收体的吸收特性也逐渐发生变化。随着入射角逐渐增大，中波红外波段的吸收率先增大后减小，长波红外波段的吸收率逐渐减小。类似地，采取曲线下面积积分的方法进行定量比较。在θ≤50°的范围内，器件整体性能相比最优情况(θ＝20°)下降不超过2％，同时在中波红外与长波红外波段的最低吸收率保持在80％以上。在入射角θ增大到80°时，器件整体性能下降到最优性能的83％，但在中波红外与长波红外波段的最低吸收率仍能达到60％以上。因此，本发明实施例提供的超材料红外完美吸收体具备优良的宽入射角特性。

(3)本发明实施例中的超材料红外吸收体的介质隔离层3可采用多种替代材料来达到同样或类似的双波段高效吸收效果。例如，除了硅(Si)之外，采用锑化镓(GaSb)或砷化镓(GaAs)两种替代材料，也可以在红外波段产生双波段吸收。如图13所示，通过优化结构几何参数，上述三种器件都能在3μm～5μm和8μm～14μm波段实现最低80％以上的吸收效率。采取曲线下面积积分的方法进行量化比较，可看出不同材料之间的积分值差别仅有0.1左右，性能差异不超过2.5％。因此本发明实施例中所涉及的超材料红外吸收体结构不仅仅局限于一种材料，而是有比较广的材料选择面。

通过由金属膜层2、介质隔离层3及金属结构4组成的超材料红外吸收体支持法珀腔共振、传播表面等离激元和局域表面等离子体共振的协同效应，从而利用该协同效应，使超材料红外吸收体既能够吸收中波红外波段的电磁波，又能够吸收长波红外波段的电磁波。同时超材料红外吸收体由依次层叠的金属膜层2、介质隔离层3及金属结构4形成，简化结构，在加工时，只有最顶层的金属结构4需要进行微结构制造，且微结构可通过一次光刻成型，易于加工，减小加工难度。

另外，本发明实施例还提供了一种上述超材料红外吸收体的制造方法，参考图1、图2、图3及图4，该制造方法包括：

提供一衬底1；

在衬底1上生长出金属膜层2；

在金属膜层2上生长出介质隔离层3；

在介质隔离层3上形成金属结构4，金属结构4呈周期性的间隔分布，且每个金属结构4均具有C4对称性；

且由金属膜层2、介质隔离层3及金属结构4组成的超材料红外吸收体支持法珀腔共振、传播表面等离激元和局域表面等离子体共振的协同效应，以使超材料红外吸收体通过协同效应吸收中波红外波段和长波红外波段的电磁波。

在上述的方案中，通过由金属膜层2、介质隔离层3及金属结构4组成的超材料红外吸收体支持法珀腔共振、传播表面等离激元和局域表面等离子体共振的协同效应，从而利用该协同效应，使超材料红外吸收体既能够吸收中波红外波段的电磁波，又能够吸收长波红外波段的电磁波。同时超材料红外吸收体由依次层叠的金属膜层2、介质隔离层3及金属结构4形成，且金属膜层2、介质隔离层3均采用集成电路CMOS兼容工艺在衬底1上生长出金属膜层2，在金属膜层2上生长出介质隔离层3，只有最顶层的金属结构4需要进行微结构制造，且微结构可通过一次光刻成型，易于加工，减小加工难度。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种超材料红外吸收体，其特征在于，包括：

衬底；

设置在所述衬底上的金属膜层；

设置在所述金属膜层上的介质隔离层；

设置在所述介质隔离层上的金属结构，所述金属结构呈周期性的间隔分布，且每个金属结构均具有C4对称性；

且由所述金属膜层、介质隔离层及金属结构组成的所述超材料红外吸收体支持法珀腔共振、传播表面等离激元和局域表面等离子体共振的协同效应，以使所述超材料红外吸收体通过所述协同效应吸收中波红外波段和长波红外波段的电磁波；

其中，所述介质隔离层的厚度为设定厚度，以使所述超材料红外吸收体的电磁波吸收率在所述中波红外波段和长波红外波段分别均具有吸收峰；所述设定厚度为0.6μm～0.8μm；

所述金属结构为圆盘结构，所述圆盘结构的直径为0.6μm～0.7μm，所述圆盘结构的厚度为10nm～15nm，相邻的两个圆盘结构的中心之间的间距为1.0μm～1.6μm。

2.如权利要求1所述的超材料红外吸收体，其特征在于，所述介质隔离层的材料为硅、锑化镓或砷化镓。

3.如权利要求1所述的超材料红外吸收体，其特征在于，所述金属膜层的厚度不小于100nm。

4.一种如权利要求1所述的超材料红外吸收体的制造方法，其特征在于，包括：

提供一衬底；

在所述衬底上生长出金属膜层；

在所述金属膜层上生长出介质隔离层；

在所述介质隔离层上形成金属结构，所述金属结构呈周期性的间隔分布，且每个金属结构均具有C4对称性；

且由所述金属膜层、介质隔离层及金属结构组成的所述超材料红外吸收体支持法珀腔共振、传播表面等离激元和局域表面等离子体共振的协同效应，以使所述超材料红外吸收体通过所述协同效应吸收中波红外波段和长波红外波段的电磁波；

其中，所述介质隔离层的厚度为设定厚度，以使所述超材料红外吸收体的电磁波吸收率在所述中波红外波段和长波红外波段分别均具有吸收峰；所述设定厚度为0.6μm～0.8μm；

所述金属结构为圆盘结构，所述圆盘结构的直径为0.6μm～0.7μm，所述圆盘结构的厚度为10nm～15nm，相邻的两个圆盘结构的中心之间的间距为1.0μm～1.6μm。

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