[發(fā)明專利]一種基于介質(zhì)微柱陣列的紅外吸波體及制備方法

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• 申請日: 2017-05-09
• 公開（公告）號: CN106950631A
• 公開（公告）日: 2017-07-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 易飛;常晟源;李君宇;談小超;楊奧;郭頌;蔣順;周侖
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué);深圳華中科技大學(xué)研究院
• 主分類號: G02B5/20
• 分類號: G02B5/20;G02B5/22
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心42201
• 代理人: 廖盈春,李智

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于紅外吸波體領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于介質(zhì)微柱陣列的紅外吸波體及制備方法。

背景技術(shù)

高性能的紅外吸波體是紅外探測器的關(guān)鍵材料。長期以來，科研人員一直在尋求通過更好的紅外吸波體來改善紅外探測器的性能。近年來，超表面作為一種全新的電磁材料進入了人們的視野，并迅速被應(yīng)用到紅外吸波體的設(shè)計和制作當(dāng)中。

超表面的特點是其電磁特性基本與其組分材料的性質(zhì)無關(guān)，而與其內(nèi)部的微結(jié)構(gòu)有關(guān)。當(dāng)入射光與這層微結(jié)構(gòu)相互作用時，會產(chǎn)生表面等離激元，可以實現(xiàn)納米尺寸下光場的聚焦和增強。借助這一性質(zhì)，許多基于超表面的微納光學(xué)設(shè)備被制作出來，比如完美吸波體，完美透鏡，復(fù)折射率材料等。

在紅外吸波體中，窄帶吸波體是重要的一部分。根據(jù)上文提到的微結(jié)構(gòu)與入射光相互作用的特性，超表面很容易就能實現(xiàn)在單一頻段的高吸收，這就使得研究人員十分重視它在窄帶吸波體上的應(yīng)用，也促使人們修改超表面的微結(jié)構(gòu)組成，以達到最好的效果。

過去幾年里，大量的納米結(jié)構(gòu)被應(yīng)用到紅外吸波體的設(shè)計上。一種具有代表性的結(jié)構(gòu)是基于金屬納米結(jié)構(gòu)-介質(zhì)層-金屬背板的結(jié)構(gòu)。但是，這種結(jié)構(gòu)吸收峰的品質(zhì)因數(shù)(即吸收峰中心波長與其半高全寬之比值)很低，只有約15-20；另一種結(jié)構(gòu)是由多層介質(zhì)/金屬薄膜堆疊而成的DBR式干涉吸波結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)固然可以在正入射時實現(xiàn)高Q值的窄帶吸收，但是一旦入射角度變化，其吸收峰峰位立即變化，不具有角度穩(wěn)定性，綜合吸收峰的品質(zhì)因數(shù)也較低。并且，結(jié)構(gòu)中的薄膜厚度難以精確控制，制備工藝困難。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述缺陷，本發(fā)明目的在于提供一種基于介質(zhì)微柱陣列的紅外吸波體，旨在解決現(xiàn)有的吸波體品質(zhì)因數(shù)低和在入射角度變化時吸收峰波長不穩(wěn)定的技術(shù)問題。本發(fā)明目的在于縮減吸收峰的帶寬，提高品質(zhì)因數(shù)，對具有吸收峰波長的紅外光的高吸收，同時保持入射角變化情況下吸收峰波長的穩(wěn)定性。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出一種基于介質(zhì)微柱陣列的紅外吸波體，包括：

介質(zhì)微柱陣列，其為多個呈陣列排布的柱體，用于對入射激光的波長進行篩選處理輸出篩選后激光；

介質(zhì)層，位于介質(zhì)微柱陣列的下方，用于使篩選后激光諧振產(chǎn)生電磁波；以及

金屬層，位于介質(zhì)層的下方，用于將電磁波轉(zhuǎn)化為熱能吸收。

優(yōu)選地，柱體高度為630nm～1210nm，柱體直徑為809nm～1980nm，兩個相鄰柱體中心距離為1300nm～3600nm；介質(zhì)層的厚度為1030nm～2310nm。

優(yōu)選地，柱體高度為630nm～890nm，柱體直徑為809nm～1430nm，相鄰兩個柱體中心距離為1300nm～2640nm，介質(zhì)層的厚度為1030nm～1690nm。

優(yōu)選地，柱體在平面上的排布方式為六邊形排列。

優(yōu)選地，柱體的材料為硅。

按照本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明提供了一種紅外窄帶吸波體的制備方法，包括如下步驟：

S1在襯底上附著金屬層獲得第一中間產(chǎn)物；

S2在第一中間產(chǎn)物上附著介質(zhì)層獲得第二中間產(chǎn)物；

S3采用圖形轉(zhuǎn)移工藝在第二中間產(chǎn)物的介質(zhì)層上形成具有介質(zhì)微柱陣列的反結(jié)構(gòu)的曝光膠層，獲得第三中間產(chǎn)物；

S4在第三中間產(chǎn)物的曝光膠層上附著介質(zhì)層獲得第四中間產(chǎn)物；

S5通過對第四中間產(chǎn)物采用濕化學(xué)法進行去除曝光膠處理，獲得紅外吸波體。

優(yōu)選地，步驟S3中獲得第三中間產(chǎn)物包括如下步驟：

S31采用旋涂方法在第二中間產(chǎn)物的介質(zhì)層上形成第一曝光層，獲得第五中間產(chǎn)物；

S32通過對第五中間產(chǎn)物根據(jù)介質(zhì)微柱陣列進行電子束曝光處理，獲得第六中間產(chǎn)物；

S33通過對第六中間產(chǎn)物進行顯影處理，在第二中間產(chǎn)物上形成具有介質(zhì)微柱陣列的反結(jié)構(gòu)的曝光膠層，獲得第三中間產(chǎn)物。

優(yōu)選地，步驟S1中采用電子束蒸發(fā)或磁控濺射在襯底上附著金屬層。

優(yōu)選地，步驟S2中采用磁控濺射方式或化學(xué)氣相沉積在第一中間產(chǎn)物的金屬層上附著介質(zhì)層。

優(yōu)選地，步驟S4中采用磁控濺射方式或化學(xué)氣相沉積在第三中間產(chǎn)物的曝光層上附著介質(zhì)層。

通過本發(fā)明構(gòu)思的以上技術(shù)方案，相較于現(xiàn)有的技術(shù)，本發(fā)明的優(yōu)點在于：