[發明專利]一種基于石墨烯-金屬微納陣列的近紅外寬波段光吸收增強結構

在審

• 申請號: 202010071831.3
• 申請日: 2020-01-21
• 公開（公告）號: CN111261734A
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發明（設計）人: 劉永;杜明
• 申請（專利權）人: 蘇州眾為光電有限公司
• 主分類號: H01L31/028
• 分類號: H01L31/028;H01L31/0232;H01L31/08;B82Y30/00
• 代理公司: 北京遠大卓悅知識產權代理事務所(普通合伙) 11369
• 代理人: 張川

本發明公開了一種基于石墨烯?金屬微納陣列的近紅外寬波段光吸收增強結構，包括從上至下依次層疊設置的石墨烯層、金屬微納陣列層、介質層及基底層，其中，所述金屬微納陣列層包括沿一陣列方向依次交替間隔設置的第一微納顆粒列與第二微納顆粒列，所述第一微納顆粒列與第二微納顆粒列中均由若干等距間隔設置的金屬微納顆粒沿著各自的列隊方向布置而成。根據本發明，通過在金屬基底上方放置一個金屬微納陣列，兩個金屬的電場之間發生很強的交互作用從而產生局域的等離子體激元諧振耦合，將石墨烯與這種結構結合，使得石墨烯表面的局域場增強從而增強了石墨烯的光吸收率；通過對金屬微納陣列占空比的調整，可以實現石墨烯在特定波段光吸收的增強。

技術領域

本發明涉及光電技術領域，特別涉及一種基于石墨烯-金屬微納陣列的近紅外寬波段光吸收增強結構。

背景技術

光探測器作為一種重要的信息感知器件，極大的推動了人類科技發展和信息化進程。廣譜探測與成像在衛星遙感、成像及光通信等領域有廣闊的應用前景，近紅外寬光譜探測器作為其關鍵部分有十分重要的研究價值。目前，傳統的基于碲化汞鎘(HgCdTe)、砷銦鎵(InGaAs)等材料的紅外探測器，為了提高信噪比，通常需要制冷，導致探測器的體積大、成本高。實現便攜、低成本的紅外探測是重要的發展趨勢。

石墨烯以其獨特的機械、電學、光學方面的顯著優勢，成為目前光探測器領域的研究熱點。與傳統的半導體材料相比，石墨烯具有零帶隙結構，其作為一種廣譜探測器，可以實現從紫外波段到太赫茲波段的全譜檢測，從而在廣譜探測方面優勢顯著；此外，石墨烯還具有超高的載流子遷移率，且其表面無懸掛鍵，可以直接與硅基基底通過范德瓦爾斯外延形成異質結，而不用擔心傳統異質結的晶格失配問題。然而，雖然石墨烯有較強的光與物質相互作用，但由于其原子級的厚度(0.34nm)，導致其極低的吸光率。在可見光及近紅外波段，石墨烯的光吸收率僅有2.3％，這極大的限制了石墨烯在光探測器領域的應用。

有鑒于此，實有必要開發一種基于石墨烯-金屬微納陣列的近紅外寬波段光吸收增強結構，用以解決上述問題。

發明內容

針對現有技術中存在的不足之處，本發明的目的是提供一種基于石墨烯-金屬微納陣列的近紅外寬波段光吸收增強結構，通過對該結構的幾何參數進行調整，可以調節其光吸收譜使其滿足不同諧振頻率范圍內的應用需求。

為了實現根據本發明的上述目的和其他優點，提供了一種基于石墨烯-金屬微納陣列的近紅外寬波段光吸收增強結構，包括從上至下依次層疊設置的石墨烯層、金屬微納陣列層、介質層及基底層，其中，所述金屬微納陣列層包括沿一陣列方向依次交替間隔設置的第一微納顆粒列與第二微納顆粒列，所述第一微納顆粒列與第二微納顆粒列中均由若干等距間隔設置的金屬微納顆粒沿著各自的列隊方向布置而成。

可選的，所述第一微納顆粒列與第二微納顆粒列中的金屬微納顆粒均為圓柱狀結構。

可選的，假定所述第一微納顆粒列的陣列周期為P₁，所述第二微納顆粒列的陣列周期為P₂，所述第一微納顆粒列與第二微納顆粒列的總陣列周期為P，則有P＝P₁+P₂。

可選的，P＝340nm，P₁＝180nm，P₂＝160nm。

可選的，假定所述第一微納顆粒列的金屬微納顆粒的直徑為W₁,所述第二微納顆粒列的金屬微納顆粒的直徑為W₂，所述第一微納顆粒列與第二微納顆粒列的高度為h，則有W₁＝160nm，W₂＝140nm，h＝20nm。

可選的，所述基底層由銀金屬制成。

可選的，所述基底層的厚度為100nm。

可選的，所述介質層為三氧化二鋁。