[發明專利]一種等離激元結構襯底及其制備和應用

有效

• 申請號: 201710933104.1
• 申請日: 2017-10-10
• 公開（公告）號: CN107732017B
• 公開（公告）日: 2019-08-13
• 發明（設計）人: 方哲宇;杜博文;朱星
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: H01L51/44
• 分類號: H01L51/44;H01L51/48
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產權代理有限公司 11360
• 代理人: 李稚婷

1.一種等離激元結構襯底，包括基底、反射層、絕緣層、金屬納米結構陣列和正負電極，其中：反射層位于基底之上，絕緣層位于反射層上，金屬納米結構陣列和正負電極位于絕緣層上；正負電極分別位于金屬納米結構陣列區域的兩側，且與金屬納米結構陣列區域有一段間距；所述金屬納米結構陣列中的每個金屬納米結構的厚度為30-50nm，水平方向上最大長度為200-500nm，相鄰金屬納米結構的間距為100-250nm。

2.如權利要求1所述的等離激元結構襯底，其特征在于，所述基底材料是Si/SiO₂材料、Si或玻璃；所述反射層材料為高反射率的貴金屬金或銀，厚度≥100nm；所述絕緣層材料為SiO₂、Al₂O₃、Hf₂O或TiO₂，厚度為10-30nm；所述正負電極為金屬電極。

3.一種鈣鈦礦光電探測器或鈣鈦礦太陽能電池，其特征在于，包括權利要求1或2所述的等離激元結構襯底和鈣鈦礦吸收層，其中鈣鈦礦吸收層位于所述等離激元結構襯底之上。

4.如權利要求3所述的鈣鈦礦光電探測器或鈣鈦礦太陽能電池，其特征在于，所述鈣鈦礦吸收層和等離激元結構襯底之間具有空穴傳輸層。

5.如權利要求3所述的鈣鈦礦光電探測器或鈣鈦礦太陽能電池，其特征在于，所述鈣鈦礦吸收層的材料通式為AMX₃，其中A有機陽離子CH₃NH₃⁺或HN＝CH(NH₃)⁺，M為二價金屬離子，X為鹵素離子。

6.權利要求1或2所述等離激元結構襯底的制備方法，包括以下步驟：

1)在基底上制備反射層；

2)在反射層上制備絕緣層，并清洗絕緣層；

3)在絕緣層上制備正負電極；

4)在正負電極之間選擇區域制備金屬納米結構陣列，之后進行清洗，得到所述襯底。

7.如權利要求6所述的制備方法，其特征在于，步驟1)使用SiO₂/Si襯底、Si襯底或玻璃襯底作為基底，在其上利用電子束蒸發鍍膜的方法鍍上反射層；步驟2)在反射層面上利用熱蒸發鍍膜的方法鍍上絕緣層。

8.如權利要求6所述的制備方法，其特征在于，步驟3)利用電子束曝光的方法按照設計好的圖案和尺寸在絕緣層上形成正負電極，具體是：在步驟2)得到的絕緣層表面旋涂PMMAA4膠并烘干，依次進行電子束曝光、顯影、定影，再通過電子束蒸發鍍膜鍍上金屬，最后進行剝離工藝，得到正負電極；步驟4)利用電子束曝光的方法按照設計好的圖案在絕緣層上形成金屬納米結構陣列，具體是：利用電子顯微鏡觀察步驟3)得到的正負電極的具體位置，再在正負電極間根據所需要金屬納米結構陣列的尺寸選擇合適的位置并記錄其位置的具體坐標，利用套刻的方法，將金屬結構陣列設計出來并與正負電極保持一段距離，隨后在具有正負電極的絕緣層表面旋涂PMMA A2膠并烘干，依次進行電子束曝光、顯影、定影、電子束蒸發鍍膜、剝離工藝后得到設計好的金屬納米結構陣列。

9.如權利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述襯底應用于鈣鈦礦器件，在步驟4)中，根據不同鈣鈦礦材料在可見光波段的本征吸收限，以及選定的金屬納米結構的材質和形狀，通過時域有限差分法計算出在鈣鈦礦材料吸收限對應波段的金屬納米結構耦合效率最佳時的尺寸與周期，依據該尺寸和周期制備金屬納米結構陣列。