[發明專利]基于納米條帶結構的石墨烯可調紅外高效率吸收裝置及方法

有效

• 申請號: 201510072210.6
• 申請日: 2015-02-11
• 公開（公告）號: CN104659144B
• 公開（公告）日: 2016-11-09
• 發明（設計）人: 樊元成;張富利;付全紅
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: H01L31/101
• 分類號: H01L31/101;H01L31/18;H01L31/0352
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

技術領域

本發明屬于一種可調紅外高效率吸收裝置，具體涉及一種基于納米條帶結構的石墨烯可調紅外高效率吸收裝置及方法。

背景技術

紅外吸收裝置為一種能夠選擇性吸收紅外輻射的器件，為調控紅外輻射的基礎器件之一。在紅外信號探測與調制等領域均具有廣闊的應用前景。而以石墨烯為代表的新型兩維層狀材料由于其光學性質可以通過靜態電場、磁場或化學參雜的手段進行調節，在可調紅外探測吸收方面了廣泛關注。但是研究者注意到石墨烯不僅在可見光波段單層石墨烯具有很低的2.3％吸收[文獻1，R.R.Nair,P.Blake,A.N.Grigorenko,K.S.Novoselov,T.J.Booth,T.Stauber,N.M.R.Peres,and?A.K.Geim,Fine?Structure?Constant?Defines?Visual?Transparency?of?Graphene,Science?320,1308(2008)]，其在紅外波段的吸收和消光等響應也均很弱，比如基于石墨烯的探測器較于傳統半導體探測器效率很低[文獻2，L.Vicarelli,M.S.Vitiello,D.Coquillat,A.Lombardo,A.C.Ferrari,W.Knap,M.Polini,V.Pellegrini,and?A.Tredicucci,Graphene?field-effect?transistors?as?room-temperature?terahertz?detectors,Nature?Materials?11,865-871(2012)]。強的光學響應是人們通過材料實現對光波調控的基礎，對于紅外光器件應用非常重要，這樣如何增強石墨烯材料的紅外光學吸收即為一個面向石墨烯器件應用的亟待解決的問題。目前國內外相關的研究主要集中于幾個方面：(1)嘗試將兩維石墨烯微盤結構置于高折射率襯底和有金屬背極介質襯底上，發現利用襯底的內全反射和金屬的反射分別可以在斜角度和正入射下放大石墨烯的吸收[文獻3-4，S.Thongrattanasiri,F.H.L.Koppens,and?F.J.Garcia?de?Abajo,Complete?Optical?Absorption?in?Periodically?Patterned?Graphene,Physical?Review?Letters?108,047401(2012)；R.Alaee,M.Farhat,C.Rockstuhl,and?F.Lederer,A?perfect?absorber?made?of?a?graphene?micro-ribbon?metamaterial,Optics?Express?20,28017-28024(2012)]；(2)將石墨烯置于介質超晶格中增強石墨烯在遠紅外對光信號的調控作用[文獻5,Y.Fan,Z.Wei,H.Li,H.Chen,and?C.M.Soukoulis,Photonic?band?gap?of?a?graphene-embedded?quarter-wave?stack,Physical?Review?B,88,241403(2013)]。以上現有的設計物理上均基于人工布拉格諧振或者局域諧振，增強石墨烯光學響應取決于人工結構諧振子的表現，而在實驗中由于加工過程的誤差，吸收效果往往與理論預期差距較大，所設計結果在應用中穩定性限制其實際使用。

發明內容

要解決的技術問題

為了避免現有技術的不足之處，本發明提出一種基于納米條帶結構的石墨烯可調紅外高效率吸收裝置及方法，解決石墨烯應用于紅外探測器件吸收效率低和實際應用可靠性的問題。

技術方案

一種基于納米條帶結構的石墨烯可調紅外高效率吸收裝置，其特征在于包括石墨烯納米條帶結構1、第一襯底、第二襯底和金屬電極3；石墨烯納米條帶結構1與金屬電極3同時置于第一襯底上，第二襯底夾在石墨烯納米條帶結構1與金屬電極3之間，石墨烯納米條帶結構1的費米能夠通過其邊緣的金屬電極3，金屬電極3對石墨烯實現饋電；所述石墨烯納米條帶結構1的米條帶結構周期為P，納米條帶寬為w，通過調節P和w使得吸收裝置對入射光波在設計工作頻率滿足光學相干條件。

所述襯底采用h-BN襯底。

一種利用所述紅外高效率吸收裝置實現對紅外波束吸收的方法，其特征在于步驟如下：

步驟1：調接石墨烯納米條帶結構1中米條帶結構周期P和納米條帶寬w，使其對入射光波在設計工作頻率滿足光學相干條件；