CN108520903A - 一种可见-近红外区域宽波段完美吸收器及其制备方法 - Google Patents
一种可见-近红外区域宽波段完美吸收器及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108520903A CN108520903A CN201810440195.XA CN201810440195A CN108520903A CN 108520903 A CN108520903 A CN 108520903A CN 201810440195 A CN201810440195 A CN 201810440195A CN 108520903 A CN108520903 A CN 108520903A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- metal
- nanometers
- visible
- equal
- dielectric
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 title claims abstract description 46
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims description 7
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 46
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 46
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 24
- 230000006798 recombination Effects 0.000 claims abstract description 21
- 238000005215 recombination Methods 0.000 claims abstract description 21
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 19
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 16
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 16
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N Alumina Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 14
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims description 13
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 11
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 9
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 9
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical group [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 7
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 claims description 6
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 6
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 6
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 6
- 239000011806 microball Substances 0.000 claims description 6
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 6
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 claims description 5
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 4
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims description 4
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 4
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000000231 atomic layer deposition Methods 0.000 claims description 3
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 3
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 3
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 claims description 3
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 claims description 3
- 239000004005 microsphere Substances 0.000 claims description 3
- 238000001338 self-assembly Methods 0.000 claims description 3
- 238000005566 electron beam evaporation Methods 0.000 claims description 2
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 claims description 2
- ORUIBWPALBXDOA-UHFFFAOYSA-L magnesium fluoride Chemical compound [F-].[F-].[Mg+2] ORUIBWPALBXDOA-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims 1
- 229910001635 magnesium fluoride Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 abstract description 3
- 208000021760 high fever Diseases 0.000 abstract description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 238000003331 infrared imaging Methods 0.000 abstract description 2
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 abstract description 2
- 239000003973 paint Substances 0.000 abstract description 2
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 10
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 238000011160 research Methods 0.000 description 5
- 235000013339 cereals Nutrition 0.000 description 4
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 3
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 240000007594 Oryza sativa Species 0.000 description 2
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000003574 free electron Substances 0.000 description 2
- 238000002329 infrared spectrum Methods 0.000 description 2
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 2
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 2
- 238000005289 physical deposition Methods 0.000 description 2
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 2
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 description 2
- 239000003870 refractory metal Substances 0.000 description 2
- 238000012552 review Methods 0.000 description 2
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 238000002198 surface plasmon resonance spectroscopy Methods 0.000 description 2
- PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N Fluorine Chemical compound FF PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 240000008042 Zea mays Species 0.000 description 1
- 235000005824 Zea mays ssp. parviglumis Nutrition 0.000 description 1
- 235000002017 Zea mays subsp mays Nutrition 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 235000005822 corn Nutrition 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000008204 material by function Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 210000003739 neck Anatomy 0.000 description 1
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 239000010970 precious metal Substances 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 1
- 239000011669 selenium Substances 0.000 description 1
- 229910052711 selenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
- H01L31/0352—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
- H01L31/09—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
- H01L31/095—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation comprising amorphous semiconductors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
- H01L31/186—Particular post-treatment for the devices, e.g. annealing, impurity gettering, short-circuit elimination, recrystallisation
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Abstract
一种可见‑近红外区域宽波段完美吸收器，包括衬底、金属膜层以及金属‑介质圆锥形柱体复合结构层，所述金属‑介质圆锥形柱体复合结构层设于金属膜层之上，金属膜层设于衬底之上。本发明可以有效避免内在金属欧姆损耗、热效应和热不稳定性等难题，实现了可见‑近红外波段的宽波段吸收，能产生多个频率范围的等离激元共振模式，进而获得宽波段的电磁波完美吸收特性；在耐高温高热情况下的光电器件包括红外探测与光电转换、红外成像、太阳能抗反射涂料以及热辐射器等领域都具有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及光电功能材料与器件以及太阳能光伏和热辐射等领域，具体涉及一种可见-近红外区域宽波段完美吸收器及其制备方法。
背景技术
表面等离激元共振(Surface Plasmon Resonance)通常是指金属微结构表面的自由电子在电磁波照射下引起的集体振荡，在金属表面形成局域电磁场增强效应。
超材料是指人工设计和制造的具有周期性结构特性的复合材料，其研究近几年来迅速成为物理学、功能技术与材料科学等学科的前沿交叉领域。
完美吸收器的概念最早是在2008年(《Physical Review Letters》，第100卷，第207402页)提出，是一种基于超材料的电磁波等离激元共振吸收的装置。典型的超材料完美吸收器有三层结构：顶层是由具有单个或多个等离激元共振响应模式的金属微结构单元排列而成的二维周期阵列，中间层是一层介质或绝缘材料平板，底层通常是一层不透光的金属板。通过合理设计器件的结构尺寸及材料参数，能够与入射电磁波的电磁分量产生耦合，从而对入射到吸收器的特定频带内的电磁波实现百分之百的吸收，即，通过电磁共振现象实现了结构在共振波长处既没有反射(反射率接近为0)也没有透射(透射率为0)，从而根据吸收率A＝1-R-T(其中A代表吸收率，R代表反射率，T代表透射率)的定义可以得到吸收率A接近100％的完美吸收。电磁波完美吸收器是实现高效的电磁波或太阳能光谱吸收及其在光电探测器件中的一个必备元件。自2008年起,电磁波完美吸收器(《AdvancedMaterials》，第24卷，第OP98-OP120页)的研究获得了国内外研究者的广泛关注。紫外、可见波段、近红外波段的电磁波完美吸收器可以作为光电效应或光电转换器的结构单元、热发射器的结构单元，或作为减小电磁波杂散发射的吸波涂覆层材料。
现有完美吸收器的研究体系主要是基于金属-介质-金属的多层等离激元共振结构体系或超材料体系实现了从微波频段到可见光波段的完美吸收响应(《Laser PhotonicsReviews》，2014年第8卷，第495页)。然而在这些完美吸收器体系中，往往只能吸收单一共振波长的电磁波，是窄带的光吸收。此外，这些电磁波完美吸收器体系都是基于贵金属材料(比如金、银)，通过这些金属材料的自由电子振荡模式实现电磁波的耦合，这些自由电子振荡必然导致很强的欧姆损耗和热效应，不利于金属微纳米材料的结构稳定性，也局限了此类吸收器在高强度电磁波照射下的应用前景。中国发明专利公开了一种钛基太阳能选择性吸收涂层，但该吸收涂层具备高吸收效率的波长范围窄且结构复杂，需紧密配置吸热体、减反层和吸收层等结构单元。
综上所述，如何突破已有研究体系的局限和如何实现宽波段完美光吸收以及能耐高温和高热环境的可见-近红外光谱范围的完美吸收器依然是当前科学于技术领域的一个难题。因此，设计并实现具有可见-近红外光谱范围完美光吸收响应的结构体系对于解决现有研究体系和发明结构无法同时具备的宽波段完美吸收和耐高温高强度辐射技术要求的难题将具有非常重要的现实意义和应用价值。
发明内容
针对背景技术提出的问题，现提供一种可见-近红外区域宽波段完美吸收器以达到解决效果，现对本发明做进一步阐述。
一种可见-近红外区域宽波段完美吸收器，包括衬底、金属膜层以及金属-介质圆锥形柱体复合结构层，所述金属-介质圆锥形柱体复合结构层设于金属膜层之上，金属膜层设于衬底之上。
所述金属-介质圆锥形柱体复合结构层由金属-介质圆锥形柱体复合结构周期性阵列组成，所述金属-介质圆锥形柱体复合结构是由介质圆锥形柱体颗粒及其包覆在其表面的金属圆锥形柱体组成。
一种可见-近红外区域宽波段完美吸收器的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1：将衬底进行清洗并晾干或烘干；
步骤2：在所述衬底上沉积金属膜层；
步骤3：在所述金属膜层上沉积介质膜层；
步骤4：在介质膜层上面通过自组装法沉积一层胶体微球阵列；
步骤5：采用反应离子束刻蚀技术，刻蚀微球阵列及其下表面的介质膜层；
步骤6：通过化学反应和清洗的方法，去除刻蚀后的胶体微球阵列；
步骤7：沉积金属膜层，获得金属-介质圆锥形柱体颗粒结构层。
进一步的，所述沉积过程均采用物理沉积技术，包括磁控溅射法、真空电子束蒸发沉积法、离子束溅射沉积法或原子层沉积法。
有益效果：
与现有技术相比，本发明具有如下效果：
1、整个吸收器的金属共振单元结构由耐火材料组成，具备耐高温高热的物理特性，从而可以有效避免以往常见的基于贵金属颗粒阵列或多元金属共振阵列复合结构等体系组成的完美光吸收器所无法克服的内在金属欧姆损耗、热效应和热不稳定性等难题；
2、通过采用耐火金属材料，利用耐火金属颗粒结构具备的强电磁共振模式与宽波段的共振吸收特性，实现了可见-近红外波段的宽波段吸收；
3、基于圆锥形柱体特性的金属-介质颗粒结构层，能产生多个频率范围的等离激元共振模式，进而获得宽波段的电磁波完美吸收特性；
4、所采用的金属材料为地球蕴藏丰富的耐火材料，成本低廉，在耐高温高热情况下的光电器件包括红外探测与光电转换、红外成像、太阳能抗反射涂料以及热辐射器等领域都具有广泛的应用前景。
附图说明
图1：本发明可见-近红外区域宽波段完美吸收器结构的侧面示意图；
图2：本发明可见-近红外区域宽波段完美吸收器结构的俯视示意图；
图3：实施例一的可见-近红外区域宽波段完美吸收器中的光吸收图；
图4：实施例二的可见-近红外区域宽波段完美吸收器中的光吸收图；
图5：实施例三的可见-近红外区域宽波段完美吸收器中的光吸收图；
图6：实施例四的可见-近红外区域宽波段完美吸收器中的光吸收图；
图中：1-衬底；2-金属膜层；3-介质圆锥形柱体；4-金属圆锥形柱体；5-金属-介质圆锥形柱体复合结构；6-金属-介质圆锥形柱体复合结构层。
具体实施方式
下面结合附图1～6对本发明做详细阐述，但是，以下附图仅是本发明的理想化实施例的示意图，其中为了清楚地展示本发明所涉器件的结构，对其中选定的金属-介质圆锥形柱体颗粒结构层区域的厚度进行了适当放大，但其作为示意图不应该被认为严格反映了几何尺寸的比例关系。另外，本发明所示的实施例亦不应该被认为仅限于图中所示的区域的特定形状。概言之，以下附图是示意性的，不应该被认为限制本发明的范围。
一种可见-近红外区域宽波段完美吸收器，包括衬底1、金属膜层2以及金属-介质圆锥形柱体复合结构层6，所述金属-介质圆锥形柱体复合结构层6设于金属膜层2之上，金属膜层2设于衬底1之上。
所述衬底1位于吸收器的最底端，衬底1的上下面可均为平滑面，在其他实施例中，上下面也可至少一面为不规则面。
衬底1的材料可为二氧化硅、氧化铝或硅。
衬底1上沉积有金属膜层2，金属膜层2上下两面可均为平滑面，金属膜层2的厚度至少不小于150纳米。
在其他实施例中，上下面也可有一面为不规则面或皆为不规则面。
金属膜层2上沉积有介质膜层，介质膜层材质可为二氧化硅、氧化铝、二氧化钛、氟化镁或硅。
介质膜层上沉积有一层金属-介质圆锥形柱体复合结构层6，所述金属-介质圆锥形柱体复合结构层6由金属-介质圆锥形柱体复合结构5周期性阵列组成，所述圆锥形柱体复合结构层6的任意相邻的金属-介质圆锥形柱体复合结构5之间的水平距离落入360纳米至680纳米之间。
所述金属-介质圆锥形柱体复合结构5是由介质圆锥形柱体颗粒3及其包覆在其表面的金属圆锥形柱体4组成。
介质圆锥形柱体3为圆锥形柱体结构，介质圆锥形柱体3的上顶部圆周面直径落入50纳米至250纳米之间，下底部圆周面直径落入360纳米至680纳米之间，介质圆锥形柱体3的厚度值落入360纳米至680纳米之间。
金属圆锥形柱体4为包裹着介质圆锥形柱体3的金属材质的圆锥形柱体，金属圆锥形柱体4的上顶部圆周面直径落入100纳米至300纳米之间，下底部圆周面直径落入400纳米至700纳米之间，金属圆锥形柱体4的厚度值落入400纳米至700纳米之间。
所述金属圆锥形柱体4的材质为钛、钨或铬。
在本发明其他实施例中，金属-介质圆锥形柱体复合结构5的形状可为圆柱或其他不规则形状。
下面结合若干较佳实施例及相关附图对本发明的技术方案进行详细说明：
在本发明的一个实施例一中，衬底1为硅平板，金属膜层2为金属钛，金属膜层2的厚度为200纳米，介质圆锥形柱体3采用二氧化硅，介质圆锥形柱体3的厚度为380纳米，介质圆锥形柱体3的上顶部和下底部的圆面直径分别为60纳米和380纳米。
金属圆锥形柱体4采用金属钛，金属圆锥形柱体4的厚度为400纳米，金属圆锥形柱体4的上顶部和下底部的圆面直径分别为100纳米和400纳米。
金属-介质圆锥形柱体复合结构层6中相邻金属-介质圆锥形柱体复合结构5的水平距离为400纳米。
如附图3所示，从测试的光谱图上可以发现，在从500纳米到2200纳米的整个光谱范围内都呈现了高光吸收的效果，其中吸收率效率超过0.9的波长范围达到了1387纳米，整个光谱范围中最小的吸收率也超过了85％，最大吸收率达到了98％。
在本发明的另一个实施例二中，衬底1为二氧化硅平板，金属膜层2为金属钛，金属膜层2的厚度为250纳米，介质圆锥形柱体3采用二氧化硅，介质圆锥形柱体3的厚度为680纳米，介质圆锥形柱体3的上顶部和下底部的圆面直径分别为60纳米和680纳米。
金属圆锥形柱体4采用金属钛，金属圆锥形柱体4的厚度为700纳米，金属圆锥形柱体4的上顶部和下底部的圆面直径分别为100纳米和700纳米。
金属-介质圆锥形柱体复合结构层6中相邻金属-介质圆锥形柱体复合结构5的水平距离为700纳米。
如附图4所示，光谱图显示，在波长从500纳米到2500纳米的可见-近红外区域内，吸收器实现了整个光谱范围的强吸收响应，最低吸收率超过了91％，即在此结构参数下，吸收器产生了覆盖可见和近红外区域的宽波段光谱吸收响应。
在本发明的另一个实施例三中，衬底1为氧化铝平板，金属膜层2为金属铬，金属膜层2的厚度为150纳米，介质圆锥形柱体3采用二氧化硅，介质圆锥形柱体3的厚度为380纳米，介质圆锥形柱体3的上顶部和下底部的圆面直径分别为60纳米和380纳米。
金属圆锥形柱体4采用金属铬，金属圆锥形柱体4的厚度为400纳米，金属圆锥形柱体4的上顶部和下底部的圆面直径分别为100纳米和400纳米。
金属-介质圆锥形柱体复合结构层6中相邻金属-介质圆锥形柱体复合结构5的水平距离为400纳米。
如附图5所示，从测试的光谱图可以看出，基于铬的吸收器，在整个光谱范围也呈现了强的光吸收响应，吸收率超过90％的光谱带宽达到了1290纳米，且最大吸收率超过了99％。
在本发明的另一个实施例四中，衬底1为二氧化硅平板，金属膜层2为金属钨，金属膜层2的厚度为200纳米，介质圆锥形柱体3采用硅，介质圆锥形柱体3的厚度为380纳米，介质圆锥形柱体3的上顶部和下底部的圆面直径分别为60纳米和380纳米。
金属圆锥形柱体4采用金属钨，金属圆锥形柱体4的厚度为200纳米，金属圆锥形柱体4的上顶部和下底部的圆面直径分别为100纳米和400纳米。
金属-介质圆锥形柱体复合结构层6中相邻金属-介质圆锥形柱体复合结构5的水平距离为400纳米。
如附图6所示，从测试的光谱图上可以发现，在可见-红外波段的光谱范围内呈现了高光吸收，其中吸收率效率超过90％的光谱范围超过1332纳米。最大吸收率达到了99.8％。
一种可见-近红外区域宽波段完美吸收器的制备方法：
步骤1：将衬底进行清洗并晾干或烘干；
步骤2：在所述衬底上沉积金属膜层；
步骤3：在所述金属膜层上沉积介质膜层；
步骤4：在介质膜层上面通过自组装法沉积一层胶体微球阵列；
步骤5：采用反应离子束刻蚀技术，刻蚀微球阵列及其下表面的介质膜层；
步骤6：通过化学反应和清洗的方法，去除刻蚀后的胶体微球阵列；
步骤7：沉积金属膜层，获得金属-介质圆锥形柱体颗粒结构层。
所述沉积过程均采用物理沉积技术，包括磁控溅射法、真空电子束蒸发沉积法、离子束溅射沉积法或原子层沉积法。
本发明实施例仅对本发明的技术方案作详细阐述，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
Claims (12)
1.一种可见-近红外区域宽波段完美吸收器，包括衬底、金属膜层以及金属-介质圆锥形柱体复合结构层，所述金属-介质圆锥形柱体复合结构层设于金属膜层之上，金属膜层设于衬底之上。
2.根据权利要求1所述的可见-近红外区域宽波段完美吸收器，其特征在于：所述金属-介质圆锥形柱体复合结构层由金属-介质圆锥形柱体复合结构周期性阵列组成，所述金属-介质圆锥形柱体复合结构是由介质圆锥形柱体和包覆在其表面的金属圆锥形柱体组成。
3.根据权利要求1所述的可见-近红外区域宽波段完美吸收器，其特征在于：所述金属膜层的材料为钛、钨或铬。
4.根据权利要求1所述的可见-近红外区域宽波段完美吸收器，其特征在于：所述金属膜层的厚度大于等于150纳米。
5.根据权利要求2所述的可见-近红外区域宽波段完美吸收器，其特征在于：所述介质圆锥形柱体颗粒的材料为二氧化硅、氧化铝、二氧化钛、氟化镁或硅。
6.根据权利要求2所述的可见-近红外区域宽波段完美吸收器，其特征在于：所述介质圆锥形柱体的上顶部圆柱面直径范围为大于等于100纳米且小于等于300纳米，下底部圆柱面直径范围为大于等于400纳米且小于等于700纳米。
7.根据权利要求1所述的可见-近红外区域宽波段完美吸收器，其特征在于：所述金属圆锥形柱体的上顶部圆柱面直径范围为大于等于50纳米且小于等于250纳米，下底部圆柱面直径范围为大于等于360纳米且小于等于680纳米。
8.根据权利要求1所述的可见-近红外区域宽波段完美吸收器，其特征在于：所述金属-介质圆锥形柱体复合结构层中相邻金属-介质圆锥形柱体复合结构的水平距离大于等于400纳米，且小于等于700纳米。
9.根据权利要求1所述的可见-近红外区域宽波段完美吸收器，其特征在于：所述介质圆锥形柱体的厚度范围为大于等于360纳米小于等于680纳米，金属圆锥形柱体的厚度范围为大于等于400纳米小于等于700纳米。
10.根据权利要求1所述的可见-近红外区域宽波段完美吸收器，其特征在于：所述吸收器的衬底材料为二氧化硅、氧化铝或硅。
11.一种可见-近红外区域宽波段完美吸收器的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1：将衬底进行清洗并晾干或烘干；
步骤2：在所述衬底上沉积金属膜层；
步骤3：在所述金属膜层上沉积介质膜层；
步骤4：在介质膜层上面通过自组装法沉积一层胶体微球阵列；
步骤5：采用反应离子束刻蚀技术，刻蚀微球阵列及其下表面的介质膜层；
步骤6：通过化学反应和清洗的方法，去除刻蚀后的胶体微球阵列；
步骤7：沉积金属膜层，获得金属-介质圆锥形柱体颗粒结构层。
12.根据权利要求11所述的可见-近红外区域宽波段完美吸收器的制备方法，其特征在于：所述沉积过程采用磁控溅射法、真空电子束蒸发沉积法、离子束溅射沉积法或原子层沉积法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810440195.XA CN108520903A (zh) | 2018-05-10 | 2018-05-10 | 一种可见-近红外区域宽波段完美吸收器及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810440195.XA CN108520903A (zh) | 2018-05-10 | 2018-05-10 | 一种可见-近红外区域宽波段完美吸收器及其制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108520903A true CN108520903A (zh) | 2018-09-11 |
Family
ID=63430105
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810440195.XA Pending CN108520903A (zh) | 2018-05-10 | 2018-05-10 | 一种可见-近红外区域宽波段完美吸收器及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108520903A (zh) |
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109324361A (zh) * | 2018-12-14 | 2019-02-12 | 深圳大学 | 一种超宽波段近完美吸收器及其制造方法 |
| CN109459144A (zh) * | 2018-11-12 | 2019-03-12 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 基于压电效应及复合等离激元的宽光谱红外传感器 |
| CN109781265A (zh) * | 2019-01-28 | 2019-05-21 | 南京奥谱依电子科技有限公司 | 一种耦合光学天线的成像探测芯片及其制备方法 |
| CN110376666A (zh) * | 2019-07-25 | 2019-10-25 | 江西师范大学 | 一种中红外波段的超宽带完美吸收器及其制备方法 |
| CN110389398A (zh) * | 2019-07-25 | 2019-10-29 | 江西师范大学 | 一种超宽带完美吸收器及其制备方法 |
| CN110398794A (zh) * | 2019-07-25 | 2019-11-01 | 江西师范大学 | 一种工作波长可定量调控的硅基吸波器及其制备方法 |
| CN110687622A (zh) * | 2019-10-14 | 2020-01-14 | 江西师范大学 | 一种偏振可调光谱双重差异性响应的完美光学吸波器及其制备方法 |
| CN110703371A (zh) * | 2019-10-14 | 2020-01-17 | 江西师范大学 | 半导体超表面电磁波吸收器及其制备方法 |
| CN111239881A (zh) * | 2019-09-09 | 2020-06-05 | 上海海事大学 | 一种在太阳光谱高反射及在中红外高吸收的超材料吸波体 |
| CN111403536A (zh) * | 2019-06-05 | 2020-07-10 | 江西师范大学 | 一种太阳能吸波器及其制备方法 |
| CN111842073A (zh) * | 2020-07-09 | 2020-10-30 | 中国科学院光电技术研究所 | 基于核壳Au@SiO2超原子的无序结构超材料及其制备方法 |
| CN112882138A (zh) * | 2021-01-11 | 2021-06-01 | 中南大学 | 一种金属与电介质复合的耐高温太阳光谱选择性吸收结构 |
| CN113280840A (zh) * | 2021-05-13 | 2021-08-20 | 桂林电子科技大学 | 基于金纳米四棱锥结构偏振相关的等离子光学传感器 |
| CN114545537A (zh) * | 2022-02-16 | 2022-05-27 | 华南师范大学 | 一种超材料近红外宽带吸收器及其制备方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20100320444A1 (en) * | 2009-06-22 | 2010-12-23 | Banpil Photonics, Inc. | Integrated Image Sensor System on Common Substrate |
| CN103026298A (zh) * | 2010-05-21 | 2013-04-03 | 普林斯顿大学 | 用于增强局部电场、光吸收、光辐射、材料检测的结构以及用于制作和使用此结构的方法 |
| CN104656170A (zh) * | 2014-12-24 | 2015-05-27 | 江西师范大学 | 一种宽波段光全吸收器及其制备方法 |
| US20170219746A1 (en) * | 2014-08-29 | 2017-08-03 | National Institute For Materials Science | Electromagnetic Wave Absorbing/Radiating Material, Method of Manufacturing Same, and Infrared Source |
| CN107942428A (zh) * | 2017-11-15 | 2018-04-20 | 江西师范大学 | 一种红外光完美吸收器及其制备方法 |
-
2018
- 2018-05-10 CN CN201810440195.XA patent/CN108520903A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20100320444A1 (en) * | 2009-06-22 | 2010-12-23 | Banpil Photonics, Inc. | Integrated Image Sensor System on Common Substrate |
| CN103026298A (zh) * | 2010-05-21 | 2013-04-03 | 普林斯顿大学 | 用于增强局部电场、光吸收、光辐射、材料检测的结构以及用于制作和使用此结构的方法 |
| US20170219746A1 (en) * | 2014-08-29 | 2017-08-03 | National Institute For Materials Science | Electromagnetic Wave Absorbing/Radiating Material, Method of Manufacturing Same, and Infrared Source |
| CN104656170A (zh) * | 2014-12-24 | 2015-05-27 | 江西师范大学 | 一种宽波段光全吸收器及其制备方法 |
| CN107942428A (zh) * | 2017-11-15 | 2018-04-20 | 江西师范大学 | 一种红外光完美吸收器及其制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 刘正奇: "新型金属/介电复合等离激元微结构的光透射与光全吸收效应研究", 《中国博士学位论文全文数据库 基础科学辑》 * |
Cited By (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109459144A (zh) * | 2018-11-12 | 2019-03-12 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 基于压电效应及复合等离激元的宽光谱红外传感器 |
| CN109324361B (zh) * | 2018-12-14 | 2020-11-10 | 深圳大学 | 一种超宽波段近完美吸收器及其制造方法 |
| CN109324361A (zh) * | 2018-12-14 | 2019-02-12 | 深圳大学 | 一种超宽波段近完美吸收器及其制造方法 |
| CN109781265A (zh) * | 2019-01-28 | 2019-05-21 | 南京奥谱依电子科技有限公司 | 一种耦合光学天线的成像探测芯片及其制备方法 |
| CN111403536A (zh) * | 2019-06-05 | 2020-07-10 | 江西师范大学 | 一种太阳能吸波器及其制备方法 |
| CN111403536B (zh) * | 2019-06-05 | 2022-05-20 | 江西师范大学 | 一种太阳能吸波器及其制备方法 |
| CN110376666A (zh) * | 2019-07-25 | 2019-10-25 | 江西师范大学 | 一种中红外波段的超宽带完美吸收器及其制备方法 |
| CN110398794A (zh) * | 2019-07-25 | 2019-11-01 | 江西师范大学 | 一种工作波长可定量调控的硅基吸波器及其制备方法 |
| CN110389398A (zh) * | 2019-07-25 | 2019-10-29 | 江西师范大学 | 一种超宽带完美吸收器及其制备方法 |
| CN110376666B (zh) * | 2019-07-25 | 2022-07-26 | 江西师范大学 | 一种中红外波段的超宽带完美吸收器及其制备方法 |
| CN111239881A (zh) * | 2019-09-09 | 2020-06-05 | 上海海事大学 | 一种在太阳光谱高反射及在中红外高吸收的超材料吸波体 |
| CN110703371A (zh) * | 2019-10-14 | 2020-01-17 | 江西师范大学 | 半导体超表面电磁波吸收器及其制备方法 |
| CN110687622A (zh) * | 2019-10-14 | 2020-01-14 | 江西师范大学 | 一种偏振可调光谱双重差异性响应的完美光学吸波器及其制备方法 |
| CN110687622B (zh) * | 2019-10-14 | 2022-06-14 | 江西师范大学 | 一种偏振可调光谱双重差异性响应的完美光学吸波器及其制备方法 |
| CN111842073A (zh) * | 2020-07-09 | 2020-10-30 | 中国科学院光电技术研究所 | 基于核壳Au@SiO2超原子的无序结构超材料及其制备方法 |
| CN111842073B (zh) * | 2020-07-09 | 2022-09-20 | 中国科学院光电技术研究所 | 基于核壳Au@SiO2超原子的无序结构超材料及其制备方法 |
| CN112882138A (zh) * | 2021-01-11 | 2021-06-01 | 中南大学 | 一种金属与电介质复合的耐高温太阳光谱选择性吸收结构 |
| CN113280840A (zh) * | 2021-05-13 | 2021-08-20 | 桂林电子科技大学 | 基于金纳米四棱锥结构偏振相关的等离子光学传感器 |
| CN114545537A (zh) * | 2022-02-16 | 2022-05-27 | 华南师范大学 | 一种超材料近红外宽带吸收器及其制备方法 |
| CN114545537B (zh) * | 2022-02-16 | 2024-02-13 | 华南师范大学 | 一种超材料近红外宽带吸收器及其制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108520903A (zh) | 一种可见-近红外区域宽波段完美吸收器及其制备方法 | |
| CN108614314A (zh) | 一种太阳能全光谱范围完美光吸收器 | |
| CN104535198B (zh) | 基于超材料吸收器的太赫兹微测辐射热计及其制备方法 | |
| CN106517077B (zh) | 一种红外探测器及其制作方法 | |
| CN110389398A (zh) | 一种超宽带完美吸收器及其制备方法 | |
| CN107797167A (zh) | 一种超宽带光学完美吸收器及其制备方法 | |
| CN110346853A (zh) | 一种可见-近红外波段的可调谐双频完美吸收器 | |
| CN107942428A (zh) | 一种红外光完美吸收器及其制备方法 | |
| US20130136853A1 (en) | Randomized circular grids for low-scatter em shielding of a sensor window | |
| CN103568441B (zh) | 一种低成本大面积薄膜超吸收体及其制备方法 | |
| CN103029371A (zh) | 一种太阳能选择性吸收膜及其制备方法 | |
| CN108333653B (zh) | 基于耐火材料的电磁波吸收器 | |
| CN105129717B (zh) | 一种宽频带高吸收太赫兹波的微桥结构及其制备方法 | |
| CN102998725B (zh) | 用于吸收太赫兹辐射的粗糙黑化金属薄膜及其制备方法 | |
| CN105977335A (zh) | 短波光学热探测器及其焦平面阵列器件 | |
| CN108333654A (zh) | 一种钛材料电磁波完美吸收器 | |
| CN102798906A (zh) | 双宽带近红外吸收器 | |
| Zhou et al. | Enhanced luminous transmittance of thermochromic VO2 thin film patterned by SiO2 nanospheres | |
| CN106772742A (zh) | 一种宽带偏振无关长波红外吸收板 | |
| CN110376666A (zh) | 一种中红外波段的超宽带完美吸收器及其制备方法 | |
| CN109962125A (zh) | 一种等离激元增强型深紫外探测器及其制作方法 | |
| CN207964092U (zh) | 一种高红外吸收的非制冷红外辐射热计 | |
| CN103035983B (zh) | 一种太赫兹辐射吸收层及其制备方法 | |
| CN105048103A (zh) | 一种用于吸收太赫兹波的超薄金属膜的制备方法 | |
| CN110398794A (zh) | 一种工作波长可定量调控的硅基吸波器及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180911 |