[發明專利]一種寬波段完美吸收的多層結構

在審

• 申請號: 202110759244.8
• 申請日: 2021-07-05
• 公開（公告）號: CN113568077A
• 公開（公告）日: 2021-10-29
• 發明（設計）人: 孟彥龍;吳敬昊;劉思夢
• 申請（專利權）人: 中國計量大學
• 主分類號: G02B5/00
• 分類號: G02B5/00;H02S10/30;B82Y40/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提出了一種在寬波段具有完美吸收的吸收體結構。該結構在襯底上依次沉積絕緣層層1、金屬層層2、絕緣層層3、金屬層層4、絕緣層層5并最上層上添加了十字形納米柱結構。通過合理設計各層厚度與十字形納米柱的大小，該結構對于波段在300nm～2000nm區間可以實現全波段的完美吸收現象，從而具有一定的優勢。并且該結構具有制作簡單、采用的材料都是耐高溫材料，可以運用在較高溫環境下運行的設備中、也可與運用在太陽能熱光伏系統的吸收層。

技術領域

該發明屬于實現寬波段完美吸收的納米結構領域，可以用在太陽能熱光伏系統的吸收層

背景技術

寬波段或窄波段完全吸收對于許多光子應用是重要的。相對而言，窄帶完全吸收相對容易實現，因為可以利用各種光學現象來實現對特定波長的光子的限制。但是如果可以設計出在可見光和近紅外波段達到寬波段理想吸收的吸收體，因其能在太陽能收集、熱光伏能轉換、熱成像和發射率控制等方面的有著重要運用，是非常有意義的。薄膜光學理想吸收體能夠完全吸收特定波段的入射光，在較寬的波長范圍內不會產生任何反射，在傳感、可控熱發射、太陽能熱光伏系統等科學技術領域越來越受到人們的青睞。但由于目前在自然界沒有太多的天然材料可以用來吸收大波長的光，僅利用這些材料建造理想吸收體較難。因此將在幾個相鄰頻率的各種強諧振腔混合在一起是增加吸收帶寬的一種直接而有效的方法。此外人們根據不同的機制設計了寬波段理想吸收體，包括阻抗匹配、利用納米柱結構和晶格散射效應等。這些寬波段完美吸收器可以通過利用具有某些圖案化結構的金屬-介電疊層來實現的，其中貴金屬金通常被使用，但是采用貴金屬來制備獲得完美吸收器無疑會增加器件制造成本。除此之外通過將納米柱結構與光學薄膜相耦合在寬波段達到較高吸收也是可行的，并且鑒于現在的制造技術而言也并非難事。

為此本發明提出了一種新的吸收體結構，采用較低成本的耐熔性材料及介質材料，通過設計結構能達到超寬波段的完美吸收，并且在制作工藝上也沒有難點。

發明內容

本發明主要針對吸收體等光學器件，提出了一種在寬波段能實現完美吸收的多層結構。通過保持基底、絕緣層、金屬層不變，改變十字形納米柱的大小、數量等，實現在寬波段的不同吸收效率要求。

本發明采用的技術方案是：

一種具有寬波段完美吸收的多層結構，其特征在于該結構由十字形納米柱結構和基底、絕緣層1、金屬層2、絕緣層3、金屬層4、絕緣層5組成組成，其中十字形納米柱陣列小單元由多種具有不同尺寸的十字形納米柱組合構成。

作為優選，所述的一種具有寬波段完美吸收的多層結構其十字形納米柱的材料為Al,Cr,Ti,Mo,Ta中的一種。

作為優選，所述的一種具有寬波段完美吸收的多層結構其十字形納米柱陣列小單元中的十字形納米柱高度分別為H₁、H₂,……,H_N，且100nm≤H_N≤300nm。

作為優選，所所述的一種具有寬波段完美吸收的多層結構其十字形納米柱陣列小單元的周期長為P_x,寬度為P_y,且50nm≤P_x≤100nm,40nm≤P_y≤110nm。

作為優選，所述的一種具有寬波段完美吸收的多層結構其絕緣層1為SiO₂、TiO₂、Al₂O₃、ZrO₂中的一種，其厚度在100nm～200nm之間。

作為優選，所述的一種具有寬波段完美吸收的多層結構其金屬層2為Al,Cr,Ti,Ni,Au,Ag,Cu,Pt中的一種，其厚度在10nm～20nm之間。