[發明專利]一種等離激元多諧振機制增強的可調超光譜探測芯片

在審

• 申請號: 201810171259.0
• 申請日: 2018-03-01
• 公開（公告）號: CN108507678A
• 公開（公告）日: 2018-09-07
• 發明（設計）人: 張彤;蘇丹;熊夢;單鋒;張曉陽
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01J3/447
• 分類號: G01J3/447;H01L27/146
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

1.一種等離激元多諧振機制增強的可調超光譜探測芯片，其特征在于該探測芯片由陣列化的金屬納米釘諧振腔探測單元所組成，每個探測單元(1)包括：底電極(2)、半導體材料層(3)、間隔層(4)、納米釘陣列(5)、調控材料層(6)、頂電極(7)、外圍調控信號(8)及驅動電路(9)；其位置關系由上至下依次為頂電極(7)、調控材料層(6)、納米釘陣列(5)、間隔層(4)、半導體材料層(3)、底電極(2)，其中，納米釘陣列(5)填充于調控材料層(6)內部，外圍調控信號(8)及驅動電路(9)與調控材料層(6)兩側連接。

2.根據權利要求1所述的一種等離激元多諧振機制增強的可調超光譜探測芯片，其特征在于，所述探測單元(1)的尺寸大小為200納米至4微米，相鄰探測單元之間的距離為500納米至2微米,所述探測單元(1)陣列為k×t二維面陣，其中k和t取值為2到10000，構成的探測芯片尺寸大小在100微米至5000微米之間。

3.根據權利要求1所述的一種等離激元多諧振機制增強的可調超光譜探測芯片，其特征在于，所述底電極(2)為多層電極，每層電極之間相互絕緣，每層電極可配合頂電極(7)獨立讀出電信號。

4.根據權利要求1所述的一種等離激元多諧振機制增強的可調超光譜探測芯片，其特征在于，所述底電極(2)與頂電極(7)為透明材料，厚度為50納米到300納米；底電極(2)與頂電極(7)供選材料包括金、銀、銅、鋁、鈦、鎳金屬電極材料或氧化銦錫ITO、摻鋁氧化鋅AZO、摻氟氧化錫FTO、石墨烯半導體透明導電材料；所述底電極(2)的層數為m+n,其中m取值為探測單元(1)中納米釘的排布方向取向數，n取值為同一探測單元(1)中納米釘的尺寸大小種類數。

5.根據權利要求1所述的一種等離激元多諧振機制增強的可調超光譜探測芯片，其特征在于，所述半導體材料層(3)的供選材料包括n型硅、n型砷化鎵、磷化銦InP、銻化鎵GaSb或碲鋅鎘CdZnTe，厚度為1微米至500微米。

6.根據權利要求1所述的一種等離激元多諧振機制增強的可調超光譜探測芯片，其特征在于，所述間隔層(4)的材料包括二氧化硅或氧化鋁。

7.根據權利要求1所述的一種等離激元多諧振機制增強的可調超光譜探測芯片，其特征在于，所述納米釘陣列(5)由具有多諧振增強效應的表面等離激元納米釘(51)結構按周期排布構成，具有多諧振增強效應的表面等離激元納米釘(51)包括兩個部分：納米三角板(52)和納米棒(53),所述具有多諧振增強效應的表面等離激元納米釘(51)同時具有紅外超窄帶吸收、強近程介電敏感性和強偏振選擇性特點。

8.根據權利要求7所述的一種等離激元多諧振機制增強的可調超光譜探測芯片，其特征在于，所述納米釘陣列(5)包含2到10個多諧振增強效應的表面等離激元納米釘(51)，納米釘的尺寸在20納米到1000納米之間，納米釘間距為10納米到1000納米之間。

9.根據權利要求7或8所述的一種等離激元多諧振機制增強的可調超光譜探測芯片，其特征在于，所述多諧振增強效應的表面等離激元納米釘(51)的供選材料包括金、銀、銅、鈀、銠或半導體合金表面等離激元材料；納米釘結構在同一波長分別對應由納米三角板(52)形成的表面等離激元共振峰和納米棒(53)形成的等離激元法布里-珀羅諧振峰，即存在表面等離激元多諧振增強效應。

10.根據權利要求1所述的一種等離激元多諧振機制增強的可調超光譜探測芯片，其特征在于，所述調控材料層(6)為電光材料、聲光材料或壓光材料或折射率可調控的材料。