[發明專利]用于動態色彩調控的法布里-珀羅腔濾波器及方法

有效

• 申請號: 202010719177.2
• 申請日: 2020-07-23
• 公開（公告）號: CN111812908B
• 公開（公告）日: 2021-12-10
• 發明（設計）人: 蔣向東;李明成;許文瑞;王繼岷;李偉
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G02F1/21
• 分類號: G02F1/21;G02F1/23;G02F1/00;G02F1/01
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙) 51232
• 代理人: 敖歡

1.一種用于動態色彩調控的法布里-珀羅腔濾波器，其特征在于：從上至下依次包括第一層金屬薄膜層(11)、第二層非導電電介質層(12)、第三層透明導電氧化物層(13)、第四層金屬層(14)、第五層襯底層(15)；

其中，所述第一層金屬薄膜層(11)用于將入射光引入法布里-珀羅腔，并作為法布里-珀羅腔的金屬-絕緣體-金屬結構中的上層金屬層；

所述第二層非導電電介質層(12)作為法布里-珀羅腔的金屬-絕緣體-金屬結構中的中間電介質層，并作為阻擋層阻擋介電常數趨于0的材料發生電化學金屬化后的金屬離子遷移；

所述第三層透明導電氧化物層(13)為介電常數趨于0的材料，在電場作用下能實現折射率的改變，從而調節法布里-珀羅腔腔體的折射率；

所述第四層金屬層(14)作為法布里-珀羅腔金屬-絕緣體-金屬結構中的下層金屬層；

最下面為第五層襯底層(15)，在襯底上制備上述結構；

同時，第一層金屬薄膜層(11)、第二層非導電電介質層(12)、第三層透明導電氧化物層(13)和第四層金屬層(14)構成憶阻單元，其中第一層金屬薄膜層(11)作為第一電極，第四層金屬層(14)作為第二電極，第一層金屬薄膜層(11)和第二層非導電電介質層(12)形成相互垂直的交叉陣列結構，第二層非導電電介質層(12)和第三層透明導電氧化物層(13)形成相互垂直的交叉陣列結構，第一電極與第二電極電連接，對憶阻單元施加電壓完成對折射率的調控，撤去電壓，折射率完成記憶。

2.根據權利要求1所述的用于動態色彩調控的法布里-珀羅腔濾波器，其特征在于：所述第一層金屬薄膜層(11)為Au，Au膜厚度保證入射光能夠穿過Au薄膜進入FP腔，Au膜厚度為15-30nm。

3.根據權利要求1所述的用于動態色彩調控的法布里-珀羅腔濾波器，其特征在于：所述第二層非導電電介質層(12)為二氧化鈦層，二氧化鈦作為非導電電介質使憶阻單元形成電場，二氧化鈦層厚度為50-100nm。

4.根據權利要求1所述的用于動態色彩調控的法布里-珀羅腔濾波器，其特征在于：所述第三層透明導電氧化物層(13)為二氧化硅摻銀薄膜層,二氧化硅中預置的Ag摻雜體積分數為90％，二氧化硅摻銀薄膜層存在介電常數實部區域0的區域，二氧化硅摻銀薄膜層厚度為75-150nm。

5.根據權利要求1所述的用于動態色彩調控的法布里-珀羅腔濾波器，其特征在于：所述第四層金屬層(14)為Au層，Au層厚度為200-300nm。

6.根據權利要求1所述的用于動態色彩調控的法布里-珀羅腔濾波器，其特征在于：所述第五層襯底層(15)為Si襯底層，其厚度為15mm。

7.權利要求1至6任意一項所述的用于動態色彩調控的法布里-珀羅腔濾波器的制備方法，其特征在于包括如下步驟：

(1)在第五層襯底層(15)上使用直流磁控濺射的方式沉積Au膜；

(2)在第四層金屬層(14)上使用射頻磁控共濺射的方式沉積二氧化硅摻銀透明導電膜，使用掩模版對該層材料圖形化；

(3)在第三層透明導電氧化物層(13)上使用直流磁控濺射的方式沉積二氧化鈦，使用掩模版對該層材料圖形化；

(4)在第二層非導電電介質層(12)上使用直流磁控濺射的方法沉積Ag薄膜，使用掩模版對該層材料圖形化形成電極。

8.權利要求4所述的用于動態色彩調控的法布里-珀羅腔濾波器的共振波長和共振強度的調諧方法，其特征在于包括如下步驟：

在未施加電壓的時候，濾波器對x₁波長具有強烈的吸收，呈現出a顏色，通過電壓裝置對第四層金屬層(14)施加正電壓，第三層透明導電氧化物層(13)中Ag原子會發生電化學金屬化,由于第三層透明導電氧化物層中預埋了Ag，相鄰的Ag團簇相當于兩個電極，Ag原子通過氧化還原反應會在Ag團簇之間會形成Ag納米絲，導致第三層透明導電氧化物層的有效折射率發生變化，靠近第二層非導電電介質層和第三層透明導電氧化物層的界面處的Ag納米絲形成會被阻擋在界面處，形成一層Ag層，此時第三層透明導電氧化物層的折射率隨著Ag納米絲的形成，折射率發生改變，對x₂波長具有強烈的吸收，呈現出b顏色；隨著進一步對第四層金屬層施加正電壓，第三層透明導電氧化物層中的Ag納米絲進一步形成，折射率繼續發生改變，此時對x₃波長具有強烈的吸收，呈現出c顏色；

通過電壓裝置對第一層金屬薄膜層(11)施加正電壓，Ag原子繼續發生電化學金屬化效應，第三層透明導電氧化物層的Ag納米絲開始逐漸斷裂，折射率發生變化，對x₂波長具有強烈的吸收，呈現出b顏色，隨著進一步對第一層金屬薄膜層(11)施加正電壓，第三層透明導電氧化物層中形成的Ag絲完全斷裂，折射率回到初始值，對x₁波長具有強烈的吸收，呈現出a顏色。