[發明專利]在非金屬材料與介質界面激發表面等離子波與激元的方法

有效

• 申請號: 201410115117.4
• 申請日: 2014-03-26
• 公開（公告）號: CN104950545B
• 公開（公告）日: 2018-10-12
• 發明（設計）人: 顧文華;賴森鋒;吳文
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G02F1/35
• 分類號: G02F1/35;G02F1/355
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 朱顯國

本發明提供一種在非金屬材料與介質界面激發表面等離子波的方法，包括以下步驟：利用一預定的非金屬材料例如砷化鎵來選擇介質和作為電磁激勵源的入射電磁波，非金屬材料、介質和入射電磁波的波長滿足下述條件：Re(ε_m)<0且|ε_m|>ε_d，ε_m表示非金屬材料的相對介電常數，Re(ε_m)表示非金屬材料的相對介電常數的實部，ε_d表示介質的相對介電常數，|ε_m|表示ε_m的絕對值；以及以所述選擇的入射電磁波對所述預定的非金屬材料進行激勵，在非金屬材料與介質的界面上激發表面等離子波。本發明還涉及一種非金屬材料與介質界面上激發表面等離子激元的方法，通過在非金屬材料表面形成周期性結構然后再進行電磁波激發，產生表面等離子激元。

技術領域

本發明涉及電磁場與物質相互作用領域，具體而言涉及一種在非金屬材料與介質界面上激發表面等離子波以及激發等離子激元的方法。

背景技術

表面等離子激元（SPP）效應是一種發生在滿足特定要求的導電材料在空氣或其他介質中受到電磁場激發后，在其表面產生的一種特殊的光子和自由電子所形成的等離子波的集體共振，其原理如附圖1所示?，F有技術中，SPP效應通常是由光和金屬表面的自由電子相互作用而形成的一種電磁波模式，如圖1所示，其中材料1是表面包含有自由電子并且能夠被激發出表面等離子波的導電材料，可以稱為SPP材料（即圖中的SPP material）；材料2是介質材料（即圖中的dieletric），通常為空氣。

目前，表面等離子激元在光束形成、亞波長結構與等離子設備的制備、生物化學感知等方面具有廣泛應用。但對于表面等離子激元的激發局限在金屬材料上，而多數金屬只能在一定的波長范圍內產生較強的SPP效應（通常為可見光波段）。

在半導體技術中，為了利用SPP效應尤其是其局部電場增強功能，現有的一些辦法是在非金屬的半導體材料表面上再鍍一層金屬膜，比如銀質膜，然后在這層銀膜上刻蝕出能激發SPP效應的周期性結構。這種方法的弊端在于：（1）工藝復雜，可重復性差，且增加了工序和成本；（2）電磁場增強效應本身仍然是在金屬膜表面發生，再傳導到半導體材料例如砷化鎵層上，其效果減弱；（3）金屬膜的存在限制了砷化鎵器件的本身的性能。

發明內容

鑒于現有技術中存在的上述缺陷，本發明目的在于提供一種在非金屬材料與介質界面激發表面等離子波的方法。

本發明的另一目的還在于提供一種在非金屬材料與介質界面激發表面等離子激元的方法。

為達成上述目的，本發明所采用的技術方案如下：

一種在非金屬材料與介質界面激發表面等離子波的方法，包括以下步驟：

利用一預定的非金屬材料選擇介質和作為電磁激勵源的入射電磁波，非金屬材料、介質和入射電磁波的波長滿足下述條件：

Re(ε_m)&lt;0且|ε_m|&gt;ε_d，

式中，ε_m表示非金屬材料的相對介電常數，Re(ε_m)表示非金屬材料的相對介電常數的實部，ε_d表示介質的相對介電常數，|ε_m|表示ε_m的絕對值；以及

以所述選擇的入射電磁波對所述預定的非金屬材料進行激勵，在非金屬材料與介質的界面上激發表面等離子波。

進一步的實施例中，所述預定的非金屬材料為半導體材料。

進一步的實施例中，所述預定的非金屬材料為砷化鎵。