一种锥形阵列宽带吸收器及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种锥形阵列宽带吸收器及其制备方法，其中，所述方法包括采用纳米压印方式在反射基底上的压印胶上压出纳米线光栅结构，在纳米线光栅结构顶部沉积一钛膜层，去除反射基底上残留的压印胶；在反射基底上依次交替沉积金属薄膜和电介质薄膜，利用金属薄膜和电介质薄膜在沉积过程中自然横向生长的现象，使得最终到达反射基底底部的结构宽度不断减小，从而在反射基底的底部形成成周期排列的锥形金属‑电介质叠层结构；最后利用丙酮溶液剥离所述反射基底上的纳米线光栅结构，获得锥形阵列宽带吸收器。本发明专利技术提供的制备方法简单、快速，且适用于大面积器件的加工，并且采用所述锥形阵列宽带吸收器实现了在可见光和红外范围内的宽带吸收。

【技术实现步骤摘要】
一种锥形阵列宽带吸收器及其制备方法
本专利技术涉及宽带吸收器领域，尤其涉及一种锥形阵列宽带吸收器及其制备方法。
技术介绍
近年来，宽带吸收器因其在红外隐形、光探测、热探测、太阳能电池、宽带热发射器以及在能量应用中对废气热的重新收集等方面的重要应用，而引起了研究者广泛的兴趣。这些应用中使用的一些材料(如碳纳米管)能在很大波长范围内吸收光能，但这些结构的厚度通常较厚，都是微米级别，而且所吸收光谱的范围也没法进行有效的调整。为了获得可调控的宽带吸收器，大多数研究者提出了使用多谐振等离子体结构的概念，通过在亚波长像素尺度内叠加不同谐振从而达到调控吸收波长的目的。虽然这些结构可以产生非常高的吸收效率，但是毕竟亚波长范围内可以容纳吸收的结构有限，这严重限制了吸收宽带并加大了加工难度。目前已经有各向异性超材料结构宽带吸收结构，其中一种锥形结构，通过交替的金属-介质堆叠层，在很宽的波段范围内有效地捕获和吸收横向磁场(TM)，这个结构方案首先在微波范围内得到了证实。最近，科学家利用聚焦离子束(FIB)工艺在红外波长范围也证实了这一结构的可行性。但是，针对可见光-红外线范围的更小尺寸吸收结构以及相应的可大面积加工器件的工艺仍待突破。因此，现有技术还有待于改进和发展。
技术实现思路
鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种锥形阵列宽带吸收器及其制备方法，旨在解决现有技术无法大面积制备可吸收可见光-红外线波长范围的小尺寸宽带吸收器的问题。本专利技术的技术方案如下：一种锥形阵列宽带吸收器的制备方法，其中，包括步骤：提供一种反射基底并在所述反射基底上旋涂一层压印胶，采用纳米压印方式在所述压印胶上压出纳米线光栅结构；采用阴影蒸镀的方法在所述纳米线光栅结构顶部沉积一钛膜层，并采用刻蚀方式去除反射基底上残留的压印胶；采用物理气相沉积方式在所述含有纳米线光栅结构的反射基底上依次交替沉积金属薄膜和电介质薄膜，所述纳米线光栅结构顶部的金属薄膜和电介质薄膜在沉积过程中的横向生长使得最终到达反射基底底部的结构宽度不断减小，从而在反射基底的底部形成成周期排列的锥形金属-电介质叠层结构；利用丙酮溶液剥离所述反射基底上的纳米线光栅结构，获得最终锥形阵列宽带吸收器。所述锥形阵列宽带吸收器的制备方法，其中，所述金属薄膜的材料为Au、Al、Ag或Cu中的一种。所述锥形阵列宽带吸收器的制备方法，其中，所述电介质薄膜的材料为二氧化硅、三氧化二铝或锗中的一种。所述锥形阵列宽带吸收器的制备方法，其中，所述锥形金属-电介质叠层结构最底层的基座宽度小于500nm。所述锥形阵列宽带吸收器的制备方法，其中，所述相邻锥形金属-电介质叠层结构之间的距离小于1μm。所述锥形阵列宽带吸收器的制备方法，其中，所述反射基底制备过程为：先在硅片上镀一层铝膜，再在所述铝膜表面镀一层铬膜作为粘合层。所述锥形阵列宽带吸收器的制备方法，其中，所述采用物理气相沉积方式在所述含有纳米线光栅结构的反射基底上依次交替沉积金属薄膜和电介质薄膜，所述纳米线光栅结构顶部的金属薄膜和电介质薄膜在沉积过程中的横向生长使得最终到达底部反射基底上的结构宽度不断减小，从而在反射基底的底部形成成周期排列的锥形金属-电介质叠层结构的步骤，还包括：通过控制沉积速率、反射基底的温度以及蒸镀源准直度对形成的锥形金属-电介质叠层结构进行微调节。一种锥形阵列宽带吸收器，其中，采用上述锥形阵列宽带吸收器的制备方法制备而成。有益效果：本专利技术利用金属薄膜和电介质薄膜在沉积过程中自然横向生长的现象，首先采用纳米压印的方式在反射基底的压印胶上压出纳米线光栅结构，然后在含有纳米线光栅结构的反射基底上依次沉积金属薄膜和电介质薄膜，使得最终到达反射基底底部上的结构宽度不断减小，简单快速的加工出成周期排列的锥形金属-电介质叠层结构，最后利用丙酮溶液剥离所述反射基底上的纳米线光栅结构，获得锥形阵列宽带吸收器。本专利技术提供的锥形阵列宽带吸收器的制备方法简单、快速，且适用于大面积器件的加工，并且采用本专利技术制备的锥形阵列宽带吸收器实现了在可见光和红外范围内的宽带吸收。附图说明图1为本专利技术一种锥形阵列宽带吸收器的制备方法较佳实施例的流程图。图2为纳米压印方式在压印胶上压印出纳米线光栅结构的示意图。图3为在纳米线光栅结构顶部沉积钛膜层的示意图。图4为在含有纳米线光栅结构的反射基底上依次交替沉积金属薄膜和电介质薄膜的示意图。图5为最终制得的锥形阵列宽带吸收器的示意图。图6为采用TM波(横磁波)从锥形金属-电介质叠层结构阵列顶部入射的示意图。图7为阵列周期为700nm，由Au膜和Al2O3膜组成的9层锥形金属-电介质叠层结构在1.5-3μm入射光下的吸收谱图。图8为阵列周期为700nm，由Au膜和Ge膜组成的11层锥形金属-电介质叠层结构在2.5-6μm入射光下的吸收谱图。图9为阵列周期为220nm，由Al膜和SiO2膜组成的3层锥形金属-电介质叠层结构在0.4-1.2μm入射光下的吸收谱图。图10为在TM波入射下，模拟的多层结构吸收光谱利用有效介质模型计算的它的吸收谱线图。具体实施方式本专利技术提供了一种锥形阵列宽带吸收器及其制备方法，为使本专利技术的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。请参阅图1，图1为本专利技术提供的一种锥形阵列宽带吸收器的制备方法较佳实施例的流程图，如图所述，包括步骤：S100、提供一种反射基底并在所述反射基底上旋涂一层压印胶，采用纳米压印方式在所述压印胶上压出纳米线光栅结构；S200、采用阴影蒸镀的方法在所述纳米线光栅结构顶部沉积一钛膜层，并采用刻蚀方式去除反射基底上残留的压印胶；S300、采用物理气相沉积方式在所述含有纳米线光栅结构的反射基底上依次交替沉积金属薄膜和电介质薄膜，所述纳米线光栅结构顶部的金属薄膜和电介质薄膜在沉积过程中的横向生长使得最终到达反射基底底部的结构宽度不断减小，从而在反射基底的底部形成成周期排列的锥形金属-电介质叠层结构；S400、利用丙酮溶液剥离所述反射基底上的纳米线光栅结构，获得最终锥形阵列宽带吸收器。具体来讲，本实施例采用了一种全新的纳米压印与物理气相沉积(PVD)结合的方法，基于锥形金属-介质材料叠层结构，实现了可见光-红外范围的可调制宽带吸收器的制备。本专利技术利用金属薄膜和电介质薄膜在沉积过程中自然横向生长的现象，通过在纳米压印得到的结构上直接镀膜使得最终到达反射基底底部上的结构宽度不断减小的方式，简单快速的加工出锥形多层膜结构。本实施例将锥形金属-电介质叠层结构作为双曲线超材料(HMM)波导，提出了一个全新的理解这一结构宽带吸收的机制的理论。由于双曲线色散，每个波长的光在这个结构中都存在着一个几何上的截止线。光在截止位置被反射，与入射光干涉在腔内形成共振并产生吸收。通过模拟单个HMM锥形波导在平面波入射下观察到的吸收谱，观察到一个由一系列子腔共振吸收叠加而成的宽带吸收谱。最强的光耦合发生在锥形截止点附近位置，这个位置也是光传播常数最接近于锥形结构外入射光波矢的地方，即满足相位匹配条件。当把本专利技术设计的锥形金属-电介质叠层结构做成周期性结构时，相邻锥形金属-电介质叠层结构中的共振模式会发生横向耦合，从而会展宽吸收本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锥形阵列宽带吸收器的制备方法，其特征在于，包括步骤：提供一种反射基底并在所述反射基底上旋涂一层压印胶，采用纳米压印方式在所述压印胶上压出纳米线光栅结构；采用阴影蒸镀的方法在所述纳米线光栅结构顶部沉积一钛膜层，并采用刻蚀方式去除反射基底上残留的压印胶；采用物理气相沉积方式在所述含有纳米线光栅结构的反射基底上依次交替沉积金属薄膜和电介质薄膜，所述纳米线光栅结构顶部的金属薄膜和电介质薄膜在沉积过程中的横向生长使得最终到达反射基底底部的结构宽度不断减小，从而在反射基底的底部形成成周期排列的锥形金属‑电介质叠层结构；利用丙酮溶液剥离所述反射基底上的纳米线光栅结构，获得最终锥形阵列宽带吸收器。

【技术特征摘要】
1.一种锥形阵列宽带吸收器的制备方法，其特征在于，包括步骤：提供一种反射基底并在所述反射基底上旋涂一层压印胶，采用纳米压印方式在所述压印胶上压出纳米线光栅结构；采用阴影蒸镀的方法在所述纳米线光栅结构顶部沉积一钛膜层，并采用刻蚀方式去除反射基底上残留的压印胶；采用物理气相沉积方式在所述含有纳米线光栅结构的反射基底上依次交替沉积金属薄膜和电介质薄膜，所述纳米线光栅结构顶部的金属薄膜和电介质薄膜在沉积过程中的横向生长使得最终到达反射基底底部的结构宽度不断减小，从而在反射基底的底部形成成周期排列的锥形金属-电介质叠层结构；利用丙酮溶液剥离所述反射基底上的纳米线光栅结构，获得最终锥形阵列宽带吸收器。2.根据权利要求1所述锥形阵列宽带吸收器的制备方法，其特征在于，所述金属薄膜的材料为Au、Al、Ag或Cu中的一种。3.根据权利要求1所述锥形阵列宽带吸收器的制备方法，其特征在于，所述电介质薄膜的材料为二氧化硅、三氧化二铝或锗中的一种。4.根据权利要求1所述锥形阵列宽带吸收器的制备方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：季陈纲，
申请(专利权)人：深圳市融光纳米科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44