[發(fā)明專利]基于超表面的超寬帶隨機光譜場效應(yīng)管

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210146725.6
• 申請日: 2022-02-17
• 公開（公告）號: CN114582990B
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 何欣;劉旭;郝翔
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: H01L31/0232
• 分類號: H01L31/0232;H01L31/113;G02B5/00;B82Y40/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 劉靜

本發(fā)明公開了一種基于超表面的超寬帶隨機光譜場效應(yīng)管，由下至上依次為導(dǎo)電襯底、氧化物絕緣層、摻雜金屬的介質(zhì)薄膜層；介質(zhì)薄膜層上設(shè)有隨機光譜吸收器和位于所述隨機光譜吸收器兩側(cè)的源極、漏極；導(dǎo)電襯底作為柵極；通過調(diào)制隨機光譜吸收器的透射光和反射光的相位，使得透射光和反射光的相位差之和ψ＝mπ，且隨機數(shù)m隨波長在1?2范圍內(nèi)隨機變化時，能夠產(chǎn)生吸收率隨波長在最大值和最小值之間隨機波動的光譜曲線。本發(fā)明提供的超寬帶隨機光譜場效應(yīng)管的工作波長范圍覆蓋近紫外光、可見光、近紅外和部分中紅外，即波長為0.3?3.6微米；數(shù)值孔徑可達0.9；且對可正交分解的兩個偏振光具有幾乎相同的吸收光譜曲線。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光電傳感器、半導(dǎo)體領(lǐng)域，涉及一種基于超表面的超寬帶隨機光譜場效應(yīng)管。

背景技術(shù)

光譜技術(shù)起始于20世紀(jì)80年代，經(jīng)歷了從最初的多波長測量到現(xiàn)在的成像光譜掃描，從光學(xué)機械式掃描到點面陣列推掃的發(fā)展階段。根據(jù)工作原理的不同，高光譜遙感相機大致可分為掃描式相機和快照式相機(Snapshot)。掃描式相機根據(jù)掃描的方式，可分為點掃描(Whiskbroom)，線掃描(Pushbroom)，光譜掃描(Staring)。2000年美國國家航天局NASA和2011年我國裝載在衛(wèi)星上的高光譜相機均為掃描式相機，通過使用棱鏡或其他分光元件，增加高光譜工作的波長范圍，雖然目前均可以達到0.3-2.5微米的工作波長，但是需要一個波長一個波長地進行掃描，因此這不僅增大了高光譜相機的重量，還增加了圖像信息收集的時間。當(dāng)我們將掃描式高光譜相機裝在無人機上進行平掃時，無人機的飛行速度會受到上述兩個原因的影響不能過快，從而減少巡航距離和時間。而快照式高光譜相機多是由光學(xué)濾波片和圖像傳感器集成的光學(xué)系統(tǒng)，就像生活中常用的商業(yè)相機一樣，便攜且可以進行實時的拍照。但是缺點就是工作波長受到圖像傳感器的限制，目前尚未有能夠同時在紫外光、可見光、近紅外及部分中紅外波長工作的圖像傳感器。因此寬帶圖像傳感器成為一個新興研究領(lǐng)域，不少課題組采用微納光學(xué)原理設(shè)計了寬帶吸收器以延長圖像傳感器的光譜響應(yīng)波長，但是目前工作波長可達0.3-3.6微米的，且在上述波長的TE、TM偏振光下保持吸收光譜基本不變的吸收器尚不存在。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述問題，本發(fā)明提出一種基于超表面的超寬帶隨機光譜場效應(yīng)管，解決了傳統(tǒng)半導(dǎo)體材料在部分工作波長透射率過大、吸收率過小而導(dǎo)致工作波長范圍太小的問題，以及傳統(tǒng)高光譜窄帶濾波器易受入射角度影響，而導(dǎo)致此類光譜相機數(shù)值孔徑太小的問題。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：一種基于超表面的超寬帶隨機光譜場效應(yīng)管，由下至上依次為導(dǎo)電襯底、氧化物絕緣層、摻雜金屬的介質(zhì)薄膜層；所述介質(zhì)薄膜層上設(shè)有隨機光譜吸收器和位于所述隨機光譜吸收器兩側(cè)的源極、漏極；所述導(dǎo)電襯底作為柵極；

所述隨機光譜吸收器包括第一金屬層，所述第一金屬層上開有正六邊形陣列排布的納米孔，形成表面等離子體激元SPP；每個納米孔中均依次填充介質(zhì)層形成介質(zhì)納米碟，填充第二金屬層形成金屬納米碟；所述金屬納米碟形成局部表面等離子體LSP；

通過調(diào)制所述隨機光譜吸收器的透射光和反射光的相位，使得所述透射光和所述反射光的相位差之和ψ＝mπ，且隨機數(shù)m隨波長在1-2范圍內(nèi)隨機變化時，能夠產(chǎn)生吸收率隨波長在最大值和最小值之間隨機波動的光譜曲線。

進一步地，通過調(diào)整所述納米孔的形狀和尺寸、所述介質(zhì)納米碟和所述金屬納米碟的厚度，實現(xiàn)對所述隨機光譜吸收器的透射光和反射光的相位調(diào)制。

進一步地，所述襯底采用摻雜硼的P型硅基，能夠增加襯底的導(dǎo)電性。

進一步地，所述氧化物絕緣層采用二氧化硅絕緣層，厚度為10-20納米。

進一步地，所述介質(zhì)薄膜層采用摻雜鋁的氧化鋅薄膜層(簡稱AZO)，是場效應(yīng)管中熱電子躍遷的通道，厚度為30-50納米。