CN109188578B - 一种基于半导体材料的红外宽光谱光吸收器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于半导体材料的红外宽光谱光吸收器，采用如下方法制备获得：(1)对衬底进行超声清洗，用氧等离子体处理超声清洗后的衬底；(2)在衬底上制备或转移单层或多层的Al2O3空心球壳阵列；(3)在Al2O3空心球壳阵列上沉积半导体颗粒或半导体薄膜；(4)对沉积的半导体颗粒或半导体薄膜进行退火，即获得红外宽光谱光吸收器。本发明红外宽光谱光吸收器结构灵活，可以通过改变空心球壳阵列的层数、尺寸、周期和球壳厚度，来改变红外宽光谱光吸收器结构，从而可在很宽的波长范围内满足减小反射的需求，适用性广。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于半导体材料的红外宽光谱光吸收器。
背景技术
红外探测技术不仅在航空航天、气象卫星、空间预警等领域发挥重大作用，而且在医学成像、工业检测、环境监测等领域扮演重要角色。无论是探测红外信号，还是抑制环境中的背景杂散光，红外光的高效捕获都是最为关键的一步。对于尖端的红外探测技术，高性能的红外光吸收器具有重要的作用。
在光吸收器中引入金属纳米颗粒，基于表面等离激元共振对光吸收具有重要的意义。表面等离激元是指在光激发下，金属或半导体与介质界面发生的集体电子共振行为。由于具有巨大的吸收截面和散射截面，基于局域表面等离激元共振的传统金属纳米颗粒在太阳能电池、增强荧光、紫外探测器等领域发挥了重要作用。然后，由于是共振激发，具有高选择性，金属纳米颗粒只是在其局域表面等离激元共振峰位置具有很强的光吸收。发生局域表面等离激元共振的条件是材料在对应的峰位处介电常数为负值，且介电常数的实部绝对值与周围介质相同。金属的介电常数在不同的频率下，数值不同，一般低于其等离子体频率时，数值为负值。而周围的介质一般是空气，介电常数为1，因此金属局域表面等离激元共振峰在其对应金属材料的等离子体频率附近，同时与金属对应纳米颗粒的大小和形状相关。传统金属，如铝、银和金，其对应的等离子体频率在紫外频段，在紫外—可见频段对光有很强的限制作用，因此得到了广泛的应用。在红外频段，尤其是中长红外频段，传统金属的介电常数虽然为负值，但是绝对值远远大于1，远远偏离了表面等离激元共振的条件，对红外光的亚波长限制和吸收已经很弱了。如何基于表面等离激元共振吸收在红外频段制备高性能的光吸收器依然是一个难题。
光从一种介质传播到另一种介质时，由于两种介质折射率不一致，总会有一部分光被反射，这对光吸收来说是不利的。一种方法是制备不同折射率介质交叠的结构，通过相干吸收，减小反射。但是这种方法只对特定波长的光有效，在宽谱范围内很难达到减反效果。另一种方法是在材料表面制备纳米结构，使其等效折射率与外部介质相同或相近，从而减小反射。相同介质材料，纳米结构中的孔隙率越大，其等效折射率越接近1，反射越小。传统的金属或半导体纳米锥、纳米杆、纳米多孔结构等，其孔隙率很难精确连续可控并大于80％，这就给高效光吸收器带来了挑战。
如何基于表面等离激元共振吸收在红外频段制备高性能的光吸收器，目前依然是一个难题。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于半导体材料的红外宽光谱光吸收器。
根据Drude模型，材料的等离体子频率
其中，n为材料的载流子浓度，e为电荷量，ε0为真空介电常数，m为有效质量。对于金属，n一般约1022cm-3，其等离子体频率在紫外频段，如对于银，其等离子体频率为9.1eV。因此，传统金属在红外频段对光的吸收比较弱。而对于半导体材料，其载流子浓度n可通过掺杂在很宽的范围内进行调控，从而其等离子体频率可以在很宽的范围内改变，当其等离子体频率处于红外频段时，对红外光会有很强的吸收，如对于ZnO，其载流子浓度约1019cm-3时，其等离子体频率约4μm。
基于该理论，本发明通过在衬底上制备Al2O3空心球壳阵列，在Al2O3空心球壳阵列上沉积载流子浓度可控的半导体材料，来达到高效红外宽光谱光吸收的目的，解决了基于传统金属表面等离激元共振对红外宽谱吸收弱的难题。本发明所获得红外宽光谱光吸收器，其在1.25μm～25μm的波长范围内最小平均透射率为0，最小平均镜面反射率不大于5％。
本发明提供的一种基于半导体材料的红外宽光谱光吸收器，采用如下方法制备获得：
(1)对衬底进行超声清洗，用氧等离子体处理超声清洗后的衬底；
(2)在衬底上制备或转移单层或多层的Al2O3空心球壳阵列，单层Al2O3空心球壳阵列厚度为5nm～1000nm，其中，球壳直径为50nm～100000nm；
(3)在Al2O3空心球壳阵列上沉积载流子浓度为1013cm-3～1021cm-3的半导体颗粒或半导体薄膜，当在Al2O3空心球壳阵列上沉积半导体颗粒时，半导体颗粒的直径为3nm～5000nm；当在Al2O3空心球壳阵列上沉积半导体薄膜时，半导体薄膜的厚度为3nm～5000nm；
(4)对沉积的半导体颗粒或半导体薄膜进行退火，即获得红外宽光谱光吸收器。
进一步的，步骤(1)中，等离子体处理的功率为50W～500W，处理时间为5分钟～20分钟。
进一步的，步骤(2)中，在衬底上制备Al2O3空心球壳阵列，进一步包括：
(201)采用原子层沉积法在球阵列模板上沉积Al2O3薄膜；所述球阵列模板为附着于衬底上的单层或多层聚苯乙烯球或聚甲基丙烯酸甲酯球阵列；多层聚苯乙烯球或聚甲基丙烯酸甲酯球阵列中，每一层球阵列的周期和成分相同或不同；
(202)对沉积了Al2O3薄膜的球阵列模板进行退火，或将沉积了Al2O3薄膜的球阵列模板放入有机溶剂中浸泡，去除球阵列模板，获得Al2O3空心球壳阵列。
制备Al2O3空心球壳阵列时，衬底可以为硅衬底、蓝宝石衬底、GaN衬底、GaAs衬底、SiC衬底、石英衬底、FTO导电玻璃衬底、ITO导电玻璃衬底、PEN塑料衬底、PET塑料衬底、铝衬底或铜片衬底。
所采用原子层沉积法的参数为：
三甲基铝为前驱体源，去离子水、臭氧或经氧等离子体活化后的原子氧为氧化剂，前驱体源脉冲时间为0.01s～10s，氧化剂脉冲时间为0.01s～60s，吹扫时间为1s～1200s，沉积温度为10℃～200℃。
当退火去除球阵列模板时，退火温度为200℃～1500℃；当浸泡去除球阵列模板时，有机溶剂为甲苯、氯仿或四氢呋喃。
附着于衬底上的单层聚苯乙烯球或聚甲基丙烯酸甲酯球阵列的制备方法为：
在衬底上制备聚苯乙烯球或聚甲基丙烯酸甲酯球的单层有序球阵列，采用氧等离子处理球阵列，以获得所需的球直径尺寸。
附着于衬底上的多层聚苯乙烯球或聚甲基丙烯酸甲酯球阵列的制备方法为：
(a)在衬底上制备聚苯乙烯球或聚甲基丙烯酸甲酯球的单层有序球阵列；
(b)采用氧等离子处理球阵列，以获得所需的球直径尺寸；
(c)重复步骤(a)和(b)，获得多层球阵列；
步骤(a)的重复中，每次在衬底上制备单层有序球阵列的方法相同或不同。
进一步的，可采用气液界面自组装法、旋涂法、滴涂法或浸渍提拉法，在衬底上制备聚苯乙烯球或聚甲基丙烯酸甲酯球的单层有序球阵列。
进一步的，所述的半导体颗粒为Si颗粒、ZnO颗粒、Al2O3颗粒、TiO2颗粒、SnO2颗粒、ZnS颗粒、GaN颗粒、InN颗粒、TiN颗粒、AlZnO颗粒、GaZnO颗粒、FTO颗粒或ITO颗粒。
进一步的，步骤(3)中，采用旋涂法、溶胶-凝胶法、水热法、热解法、激光烧蚀法、化学气相沉积法、金属有机化学气相沉积法、原子层沉积法、电子束蒸发法、磁控溅射法、脉冲激光沉积法、分子束外延法中的至少一种方法，在Al2O3空心球壳阵列上沉积半导体颗粒或半导体薄膜。
进一步的，步骤(4)中，退火氛围为真空氛围、氮气氛围、氩气氛围、氨气氛围、空气氛围或氧气氛围，退火温度为100℃～1500℃。
进一步的，重复步骤(2)～(4)，可获得多层核壳结构的红外宽光谱光吸收器，重复中，步骤(2)和步骤(3)所采用方法相同或不相同。
和现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：
(1)本发明红外宽光谱光吸收器结构灵活，可以通过改变空心球壳阵列的层数、尺寸、周期和球壳厚度，来改变红外宽光谱光吸收器结构，从而可在很宽的波长范围内满足减小反射的需求，适用性广。
(2)以空心球壳阵列作为红外宽光谱光吸收器的支架结构，可以沉积种类丰富的半导体材料而不是仅仅几种贵金属，极大地拓展了可选半导体材料的范围，通过改变半导体材料的载流子浓度可灵活调整吸收范围和吸收强度，吸收性能优越。
(3)通过本发明方法制备的光吸收器，在1.25μm～25μm的波长范围内最小平均透射率为0，最小平均镜面反射率不大于5％。
(4)本发明为在红外频段基于表面等离激元共振吸收提供了一种新思路和方法，在红外探测技术领域具有重要的应用。
附图说明
图1是本发明方法所制备红外宽光谱光吸收器的结构示意图；
图2是实施例8制备红外宽光谱光吸收器的红外透射率曲线；
图3是实施例8制备红外宽光谱光吸收器的红外镜面反射率曲线。
图1中，1-衬底，2-空气，3-Al2O3球壳，4-半导体材料。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明和/或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
需要说明的是，下文中PS指代聚苯乙烯，PMMA指代聚甲基丙烯酸甲酯。
实施例1
将硅衬底依次用丙酮、乙醇超声清洗，并用氧等离子体处理硅衬底，以改善硅衬底的亲水性，氧等离子体处理功率为50W～500W，处理时间为10分钟。在硅衬底上制备单层PS球阵列，以单层PS球阵列为球阵列模板，采用原子层沉积法在球阵列模板上沉积Al2O3薄膜。经退火去除球阵列模板，即在硅衬底上得到厚度为5nm～1000nm、球壳直径为50nm～100000nm的单层Al2O3空心球壳阵列。
用异丙醇稀释溶解硅颗粒获得硅颗粒稀释液，之后经超声分散。在转速为800rpm～5000rpm的条件下，在单层Al2O3空心球壳阵列上旋涂硅颗粒稀释液获得硅颗粒层，其中硅颗粒直径为3nm～5000nm，载流子浓度为1013cm-3～1021cm-3。在氮气保护氛围中，对Al2O3空心球壳阵列上沉积的硅颗粒进行退火处理，退火温度为100℃～1500℃，得到单层Al2O3空心球壳阵列上负载硅颗粒的红外宽光谱光吸收器。所得红外宽光谱光吸收器的结构见图1所示。
实施例2
将硅衬底依次用丙酮、乙醇超声清洗，并用氧等离子体处理硅衬底，以改善硅衬底的亲水性，氧等离子体处理功率为50W～500W，处理时间为10分钟。重复以下步骤(1)～(3)三次：
(1)通过转移法使厚度为5nm～1000nm、球壳直径为50nm～100000nm的单层Al2O3空心球壳阵列转移到硅衬底上。具体来说，用热释放胶带粘取单层Al2O3空心球壳阵列，将其从基底上剥离，然后粘到硅衬底上；在80℃～200℃的温度下加热硅衬底3min～20min，使热释放胶带失去粘性，从而将Al2O3空心球壳阵列留在硅衬底上；
(2)用异丙醇稀释溶解硅颗粒获得硅颗粒稀释液，之后经超声分散。在转速为800rpm～5000rpm的条件下，在Al2O3空心球壳阵列上旋涂硅颗粒稀释液获得硅颗粒层，其中硅颗粒直径为3nm～5000nm，载流子浓度为1013cm-3～1021cm-3；
(3)在氮气保护氛围中，对Al2O3空心球壳阵列上沉积的硅颗粒进行退火处理，退火温度为100℃～1500℃。
最后，本实施例得到三层Al2O3空心球壳阵列上负载硅颗粒的红外宽光谱光吸收器。
实施例3
将硅衬底依次用丙酮、乙醇超声清洗，并用氧等离子体处理硅衬底，以改善硅衬底的亲水性，氧等离子体处理功率为50W～500W，处理时间为10分钟。在硅衬底上制备单层PS球阵列，以单层PS球阵列为球阵列模板，采用原子层沉积法在球阵列模板上沉积Al2O3薄膜。经退火去除球阵列模板，即在硅衬底上得到厚度为5nm～1000nm、球壳直径为50nm～100000nm的单层Al2O3空心球壳阵列。
将附着有Al2O3空心球壳阵列的硅衬底放入磁控溅射腔室，以高纯金属In为靶材，以氮气为氮源，以氩气为溅射气体，在衬底温度为250℃～800℃、氮气和氩气的流量比为1:4～9:1、溅射功率为20W～150W的条件下，以磁控溅射方法在Al2O3空心球壳阵列上沉积厚度为3nm～5000nm、载流子浓度为1013m-3～1021cm-3的InN薄膜。
在氮气保护氛围中，对Al2O3空心球壳阵列上沉积的InN薄膜进行退火处理，退火温度为100℃～1500℃，得到单层Al2O3空心球壳阵列上负载InN薄膜的红外宽光谱光吸收器。
实施例4
将硅衬底依次用丙酮、乙醇超声清洗，并用氧等离子体处理硅衬底，以改善硅衬底的亲水性，氧等离子体处理功率为50W～500W，处理时间为10分钟。在硅衬底上制备单层PS球阵列，以单层PS球阵列为球阵列模板，采用原子层沉积法在球阵列模板上沉积Al2O3薄膜。经退火去除球阵列模板，即在硅衬底上得到厚度为5nm～1000nm、球壳直径为50nm～100000nm的单层Al2O3空心球壳阵列。
将附着有Al2O3空心球壳阵列的硅衬底放入金属有机化学气相沉积腔室，以三甲基铟为In源，以氨气为氮源，以氮气为载气，在衬底温度为250℃～800℃的条件下，以金属有机化学气相沉积的方法在Al2O3空心球壳阵列上沉积厚度为3nm～5000nm、载流子浓度为1013cm-3～1021cm-3的InN薄膜。
在氮气保护氛围中，对Al2O3空心球壳阵列上沉积的InN薄膜进行退火处理，退火温度为100℃～1500℃，得到单层Al2O3空心球壳阵列上负载InN薄膜的红外宽光谱光吸收器。
实施例5
将硅衬底依次用丙酮、乙醇超声清洗，并用氧等离子体处理硅衬底，以改善硅衬底的亲水性，氧等离子体处理功率为50W～500W，处理时间为10分钟。在硅衬底上制备单层PS球阵列，以单层PS球阵列为球阵列模板，采用原子层沉积法在球阵列模板上沉积Al2O3薄膜。经退火去除球阵列模板，即在硅衬底上得到厚度为5nm～1000nm、球壳直径为50nm～100000nm的单层Al2O3空心球壳阵列。
将附着有Al2O3空心球壳阵列的硅衬底放入分子束外延系统腔室，以高纯金属铟为In源，以高纯氮气为氮源，在衬底温度为250℃～800℃、In源温度为500℃～900℃，活化氮源的射频等离子体功率为15W～200W的条件下，以分子束外延的方法在Al2O3空心球壳阵列上沉积厚度为3nm～5000nm、载流子浓度为1013cm-3～1021cm-3的InN薄膜。
在氮气保护氛围中，对Al2O3空心球壳阵列上沉积的InN薄膜进行退火处理，退火温度为100℃～1500℃，得到单层Al2O3空心球壳阵列上负载InN薄膜的红外宽光谱光吸收器。
实施例6
将硅衬底依次用丙酮、乙醇超声清洗，并用氧等离子体处理硅衬底，以改善硅衬底的亲水性，氧等离子体处理功率为50W～500W，处理时间为10分钟。重复以下步骤(1)～(3)三次：
(1)通过转移法使厚度为5nm～1000nm、球壳直径为50nm～100000nm的单层Al2O3空心球壳阵列转移到硅衬底上。具体来说，用热释放胶带粘取单层Al2O3空心球壳阵列，将其从基底上剥离，然后粘到硅衬底上；在80℃～200℃的温度下加热硅衬底3min～20min，使热释放胶带失去粘性，从而将Al2O3空心球壳阵列留在硅衬底上；
本实施例中，用来转移的单层Al2O3空心球壳阵列可通过如下方式获得：
首先，在铝基底上自组装生成PS球阵列；然后，在PS球阵列上沉积Al2O3薄膜；最后，去除PS球阵列，即获得单层Al2O3空心球壳阵列。
(2)将附着有Al2O3空心球壳阵列的硅衬底放入磁控溅射腔室，以高纯金属In为靶材，以氮气为氮源，以氩气为溅射气体，在衬底温度为250℃～800℃、氮气和氩气的流量比为1:4～9:1、溅射功率为20W～150W的条件下，以磁控溅射方法在Al2O3空心球壳阵列上沉积厚度为3nm～5000nm、载流子浓度为1013m-3～1021cm-3的InN薄膜；
(3)在氮气保护氛围中，对Al2O3空心球壳阵列上沉积的InN薄膜进行退火处理，退火温度为100℃～1500℃。
最后，本实施例得到三层Al2O3空心球壳阵列上负载InN薄膜的红外宽光谱光吸收器。
实施例7
将硅衬底依次用丙酮、乙醇超声清洗，并用氧等离子体处理硅衬底，以改善硅衬底的亲水性，氧等离子体处理功率为50W～500W，处理时间为10分钟。在硅衬底上制备单层PS球阵列，以单层PS球阵列为球阵列模板，采用原子层沉积法在球阵列模板上沉积Al2O3薄膜。经退火去除球阵列模板，即在硅衬底上得到厚度为5nm～1000nm、球壳直径为50nm～100000nm的单层Al2O3空心球壳阵列。
采用原子层沉积法和水热反应法在Al2O3空心球壳阵列上沉积ZnO薄膜。具体来说，将附着有Al2O3空心球壳阵列的硅衬底放入原子层沉积腔室，以二乙基锌为锌前驱体源，以去离子水、臭氧或经氧等离子体活化后的原子氧为氧化剂，前驱体源脉冲时间为0.01s～10s，氧化剂脉冲时间为0.01s～60s，吹扫时间为1s～1200s，80℃～250℃的温度下，沉积厚度为5nm～100nm的ZnO作为水热反应的种子层。分别配制摩尔浓度均为0.1mol/L的硝酸锌水溶液和六次亚甲基四胺水溶液，将硝酸锌水溶液和六次亚甲基四胺水溶液等体积混合后倒入高压釜。将在Al2O3空心球壳阵列上沉积有种子层的硅衬底放入高压釜内，在80℃～300℃的条件下水热反应30min～400min，以水热反应的方法在Al2O3空心球壳阵列上沉积厚度为3nm～5000nm，载流子浓度为1013cm-3～1021cm-3的ZnO薄膜。
在氧气氛围中，对Al2O3空心球壳阵列上沉积的ZnO薄膜进行退火处理，退火温度为100℃～1500℃，得到单层Al2O3空心球壳阵列上负载ZnO薄膜的红外宽光谱光吸收器。
实施例8
将硅衬底依次用丙酮、乙醇超声清洗，并用氧等离子体处理硅衬底，以改善硅衬底的亲水性，氧等离子体处理功率为50W～500W，处理时间为10分钟。在硅衬底上制备三层PS球阵列，以三层PS球阵列为球阵列模板，采用原子层沉积法在球阵列模板上沉积Al2O3薄膜。经退火去除球阵列模板，即在硅衬底上得到厚度为5nm～1000nm、球壳直径为50nm～100000nm的三层Al2O3空心球壳阵列。
采用原子层沉积法在三层Al2O3空心球壳阵列上沉积AlZnO薄膜。具体来说，将附着有三层Al2O3空心球壳阵列的硅衬底放入原子层沉积腔室，以二乙基锌为锌前驱体源，以三甲基铝为铝前驱体源，以去离子水、臭氧或经氧等离子体活化后的原子氧为氧化剂，锌前驱体源和铝前驱体源的脉冲时间为0.01s～10s，氧化剂脉冲时间为0.01s～60s，吹扫时间为1s～1200s，锌前驱体源与铝前驱体源的循环周期比为5:1～120:1，在80℃～250℃的温度下，沉积厚度为3nm～5000nm、载流子浓度为1013cm-3～1021cm-3的AlZnO薄膜。
在氧气氛围中，对Al2O3空心球壳阵列上沉积的AlZnO薄膜进行退火处理，退火温度为100℃～1500℃，得到三层Al2O3空心球壳阵列上负载AlZnO薄膜的红外宽光谱光吸收器。
采用傅里叶变换红外光谱仪，在1.25μm～25μm的波长范围内对本实施例所得红外宽光谱光吸收器分别进行透射率和镜面反射率的测试，得到图2的透射率曲线和图3的镜面反射率曲线。由图2所示透射率曲线可知，在1.25μm～25μm的波长范围内，平均透射率为0；由图3所示的镜面反射率曲线可知，在1.25μm～25μm的波长范围内，平均镜面反射率小于等于5％。
上述实施例中，硅颗粒可以直接购买所需载流子浓度的硅纳米颗粒；对于半导体薄膜，可在沉积过程中通过调节衬底温度来控制半导体薄膜的载流子浓度。
本发明中球模板并不限于PS球模板或PS球阵列模板，也可以采用其他球模板或球阵列模板，例如PMMA球模板或PMMA球阵列模板。除了退火，还可采用有机溶剂浸泡的方式来去除球模板或球阵列模板，有机溶剂浸泡去除球模板或球阵列模板为常规技术，不再赘述。
本发明中，衬底并不限于硅衬底，例如蓝宝石衬底、GaN衬底、GaAs衬底、SiC衬底、石英衬底、FTO导电玻璃衬底、ITO导电玻璃衬底、PEN塑料衬底、PET塑料衬底、铝衬底、铜片衬底等均可行。
上述实施例所述是用以具体说明本发明，文中虽通过特定的术语进行说明，但不能以此限定本发明的保护范围，熟悉此技术领域的人士可在了解本发明的精神与原则后对其进行变更或修改而达到等效目的，而此等效变更和修改，皆应涵盖于权利要求范围所界定范畴内。
Claims (10)
1.一种基于半导体材料的红外宽光谱光吸收器，其特征是，采用如下方法制备获得：
(1)对衬底进行超声清洗，用氧等离子体处理超声清洗后的衬底；
(2)在衬底上制备或转移单层或多层的Al2O3空心球壳阵列，单层Al2O3空心球壳阵列厚度为5nm～1000nm，其中，球壳直径为50nm～100000nm；
(3)在Al2O3空心球壳阵列上沉积载流子浓度为1013cm-3～1021cm-3的半导体颗粒或半导体薄膜，当在Al2O3空心球壳阵列上沉积半导体颗粒时，半导体颗粒的直径为3nm～5000nm；当在Al2O3空心球壳阵列上沉积半导体薄膜时，半导体薄膜的厚度为3nm～5000nm；
(4)对沉积的半导体颗粒或半导体薄膜进行退火，获得红外宽光谱光吸收器；所获得红外宽光谱光吸收器在1.25μm～25μm波长范围内，平均透射率为0，平均镜面反射率不大于5％。
2.如权利要求1所述的基于半导体材料的红外宽光谱光吸收器，其特征是：
步骤(1)中，等离子体处理的功率为50W～500W，处理时间为5～20分钟。
3.如权利要求1所述的基于半导体材料的红外宽光谱光吸收器，其特征是：
步骤(2)中，在衬底上制备Al2O3空心球壳阵列，进一步包括：
(201)采用原子层沉积法在球阵列模板上沉积Al2O3薄膜；所述球阵列模板为附着于衬底上的单层或多层聚苯乙烯球或聚甲基丙烯酸甲酯球阵列；多层聚苯乙烯球或聚甲基丙烯酸甲酯球阵列中，每一层球阵列的周期和成分相同或不同；
(202)对沉积了Al2O3薄膜的球阵列模板进行退火，或将沉积了Al2O3薄膜的球阵列模板放入有机溶剂中浸泡，去除球阵列模板，获得Al2O3空心球壳阵列。
4.如权利要求3所述的基于半导体材料的红外宽光谱光吸收器，其特征是：
附着于衬底上的单层聚苯乙烯球或聚甲基丙烯酸甲酯球阵列的制备方法为：
在衬底上制备聚苯乙烯球或聚甲基丙烯酸甲酯球的单层有序球阵列，采用氧等离子处理球阵列，以获得所需的球直径尺寸。
5.如权利要求3所述的基于半导体材料的红外宽光谱光吸收器，其特征是：
附着于衬底上的多层聚苯乙烯球或聚甲基丙烯酸甲酯球阵列的制备方法为：
(a)在衬底上制备聚苯乙烯球或聚甲基丙烯酸甲酯球的单层有序球阵列；
(b)采用氧等离子处理球阵列，以获得所需的球直径尺寸；
(c)重复步骤(a)和(b)，获得多层球阵列；
步骤(a)的重复中，每次在衬底上制备单层有序球阵列的方法相同或不同。
6.如权利要求4或5所述的基于半导体材料的红外宽光谱光吸收器，其特征是：
采用气液界面自组装法、旋涂法、滴涂法或浸渍提拉法，在衬底上制备聚苯乙烯球或聚甲基丙烯酸甲酯球的单层有序球阵列。
7.如权利要求1所述的基于半导体材料的红外宽光谱光吸收器，其特征是：
所述的半导体颗粒为Si颗粒、ZnO颗粒、Al2O3颗粒、TiO2颗粒、SnO2颗粒、ZnS颗粒、GaN颗粒、InN颗粒、TiN颗粒、AlZnO颗粒、GaZnO颗粒、FTO颗粒或ITO颗粒；
所述的半导体薄膜为Si薄膜、ZnO薄膜、Al2O3薄膜、TiO2薄膜、SnO2薄膜、ZnS薄膜、GaN薄膜、InN薄膜、TiN薄膜、AlZnO薄膜、GaZnO薄膜、FTO薄膜或ITO薄膜。
8.如权利要求1所述的基于半导体材料的红外宽光谱光吸收器，其特征是：
步骤(3)中，采用旋涂法、溶胶-凝胶法、水热法、热解法、激光烧蚀法、化学气相沉积法、金属有机化学气相沉积法、原子层沉积法、电子束蒸发法、磁控溅射法、脉冲激光沉积法、分子束外延法中的至少一种方法，在Al2O3空心球壳阵列上沉积半导体颗粒或半导体薄膜。
9.如权利要求1所述的基于半导体材料的红外宽光谱光吸收器，其特征是：
步骤(4)中，退火氛围为真空氛围、氮气氛围、氩气氛围、氨气氛围、空气氛围或氧气氛围，退火温度为100℃～1500℃。
10.如权利要求1所述的基于半导体材料的红外宽光谱光吸收器，其特征是：
重复步骤(2)～(4)，获得多层核壳结构的红外宽光谱光吸收器，重复中，步骤(2)和步骤(3)所采用方法相同或不相同。
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