[發(fā)明專利]一種單片集成在光電探測器上的金屬納米光天線

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810315088.4
• 申請日: 2018-04-10
• 公開（公告）號: CN108445563A
• 公開（公告）日: 2018-08-24
• 發(fā)明（設計）人: 姚鵬飛;李淘;李雪;邵秀梅;龔海梅
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海技術物理研究所
• 主分類號: G02B5/00
• 分類號: G02B5/00;G02B6/122
• 代理公司: 上海滬慧律師事務所 31311
• 代理人: 李秀蘭

本發(fā)明公開了一種單片集成在光電探測器上的金屬納米光天線，從上至下依次是低折射率覆蓋層，金屬納米球體陣列和探測器襯底。所述低折射率覆蓋層的折射率在1.3至2.3之間，金屬納米球體直徑300?500納米，周期700?900納米。金屬納米天線結構通過光散射與表面局域場增強效應，可以提升探測器的光吸收性能，增強探測器對入射光的響應，改善量子效率，并且制備工藝簡單，制備成本低。

技術領域

本發(fā)明屬于光電探測器領域，具體是指一種單片集成在光電探測器襯底上的金屬納米光天線。

背景技術

光天線(Optical Antenna)，是一種可以有效的將自由空間中輻射的能量耦合到亞波長尺度范圍內的裝置。金屬納米光天線一般是由納米尺度的金屬顆粒(球形、三角形、棒狀等形狀)構成的金屬/介質結構，入射光與金屬納米結構相互作用時，產(chǎn)生表面等離激元共振，電磁場局域在金屬表面形成場增強，在天線的間隙處，由于耦合作用電場得到很大的增強。近幾年納米光天線吸引了眾多研究者的目光，在納米光學成像、近場光學顯微鏡探針、數(shù)據(jù)存儲、太陽能電池、新型光源等諸多領域展現(xiàn)出潛在的應用前景。

Chi-Yang Chang等人發(fā)現(xiàn)在量子點紅外探測器背面沉積100納米厚的Ag金屬膜，剝離形成周期性孔陣列，通過調節(jié)孔的大小以及孔的排列周期，激發(fā)表面等離激元，可以調節(jié)量子點紅外探測器對2-14微米范圍入射光的透射峰位置，為制造多色紅外光電探測器提供了一種思路。Wei Wu等人在量子阱紅外探測器表面設計了一種光天線結構。通過這種設計，量子阱紅外探測器的響應峰值出現(xiàn)在8.06微米附近，峰值達到7A/W。康冰心等人通過PtSi紅外探測器論證了光柵耦合入射光成表面等離子波模式可以提高肖特基勢壘探測器的量子效率。將光柵集成到PtSi/p-Si界面上，量子效率在3微米和3.4微米較平坦結構都能提高2.94和2.5倍，而且在3～5微米整個波段平均能提高2倍。

但是，這些光天線結構都是通過電子束光刻或者聚焦離子束刻蝕技術制備的，成本較高并且無法大批量生產(chǎn)。因此，需要一種制備方法簡單、成本低、能夠大批量生產(chǎn)的納米光天線結構與制備方法。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是提供一種單片集成在光電探測器襯底上的金屬納米光天線。

本發(fā)明金屬納米天線結構為：從襯底3自下而上依次是金屬納米球體陣列2、低折射率覆蓋層1；

所述金屬納米球體陣列2中單個球體的直徑d是300-500納米，排列周期p是700-900納米，金屬納米球體陣列2的材料選自金、鋁和銀的一種。

所述的低折射率覆蓋層1的折射率在1.3至2.3之間，厚度h是400-600納米，低折射率材料選自SiO₂、Si₃N₄和ZnS的一種。

單片集成在光電探測器上的金屬納米光天線的制作工藝：

將金屬納米顆粒粉末混合于酒精溶液中，使用超聲方法分散金屬納米顆粒，將襯底3靜置于酒精懸浮液中，使金屬納米顆粒自然沉積；沉積完成后使用感應耦合等離子體化學氣相沉積法制備低折射率覆蓋層1。

本發(fā)明的優(yōu)點在于：

A.該金屬納米光天線結構的透光率極高，使得更多的光可以透過襯底后被探測。

B.該金屬納米光天線的結構緊湊，方便集成，并且響應光譜較寬，可以提升探測器的光吸收性能，增強探測器對入射光的響應，改善量子效率。

C.該金屬納米光天線結構使用了沉積法進行制備，使得制備工藝更簡單，制備成本更低。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結構示意圖。1是低折射率覆蓋層，2是金屬納米球體陣列，3是襯底。

圖2為本發(fā)明實例一中金屬納米光天線的透過率與入射波長關系圖。