CN109916513B - 可调谐高光谱红外探测器及探测功能结构、高光谱成像设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于传导型石墨烯等离激元的可调谐高光谱红外探测器，包括探测功能结构，该探测功能结构自上而下依次为电极层、石墨烯层、介电层，以及并列设置且相互绝缘的第一导电周期性散射体和第二导电周期性散射体。本发明的探测器不仅实现了“光谱分光”和“光电探测”一体化以实现红外光的高光谱探测，并且还可大幅减小常规高光谱成像系统的重量和体积，实现其轻量化和小型化，极大拓展热红外高光谱成像系统的应用领域。相应地，本发明还提供了一种用于可调谐高光谱红外探测器的探测功能结构和高光谱成像设备。

Description

可调谐高光谱红外探测器及探测功能结构、高光谱成像设备

技术领域

本发明涉及红外光探测技术领域，具体涉及一种基于传导型石墨烯等离激元的可调谐高光谱红外探测器及其探测功能结构、高光谱成像设备。

背景技术

高光谱成像技术是指在宽的光谱范围内获取观测对象一定数量观测点连续精细光谱辐射信息的一种手段。地球上不同的元素及其化合物都有自己独特的光谱特征，光谱因此被视为辨别物质的“指纹”，是用以识别和分析不同物体特征的一种重要的“身份证”。高光谱成像集观测对象的几何、辐射和光谱信息于一体，把传统上的相机、辐射计和光谱仪的能力集于一身，在合适的空间范围和光谱范围内，以足够的光谱、空间和辐射分辨率，定量地获取观测对象的组成成分和结构信息，同时获取观测路径上大气等外在因素的相关信息。高光谱成像技术的这些显著特点，使得其对复杂的观测对象具有突出的识别和分类能力。我国高光谱成像技术在可见近红外波段进入业务运行阶段，短波红外已渐成熟，但长波红外谱段只有个别机构在开展预先研究，与国际上红外高光谱成像技术的快速发展差距较大，故而，当前，高光谱成像技术有两个重要发展趋势：

①波段范围向热红外(6-14μm)拓展。众所周知，一切温度在绝对零度(-273.15K)以上的物体，都会因自身的分子和原子的无规则运动而不停地向周围空间辐射红外线，且物体中的分子和原子运动剧烈，红外辐射的能力越大；反之，红外辐射的能量越小，即热红外是物体自身辐射，其能够反应物体温度和辐射率等本质特性，还能在夜间被探测到，具有全天时的优势。同时热红外在分子的指纹谱区域，利用它能够更精准的辨析物质成分。

②成像设备的轻量化与小型化。随着高光谱成像设备的应用越来越广泛，轻小型成像光谱仪在各个民用领域的需求和使用价值越来越大，因此，成像设备往轻量化。小型化。低功耗方向的发展已经成为促进社会发展的重要需求，同时，轻小型化的成像设备也能给设备带来巨大的商业价值。

目前的高光谱成像设备中的分光光谱仪体积庞大，导致其难以轻量化与小型化。近些年发展的液晶调谐分光、声光调谐分光等技术可替代常规的分光光谱仪，实现了高光谱成像设备的轻量化和小型化。然而，这些技术无法应用于热红外波段。例如，液晶调谐分光仅适用于可见光；声光调谐分光由于受到材料的限制，只能覆盖可见光到短波红外的波段范围(约0.4-2.5μm)。因此，如何在热红外波段实现高光谱成像设备的轻量化和小型化，是该领域目前亟待解决的重要问题。

发明内容

针对上述存在的技术问题，本发明提供一种基于传导型石墨烯等离激元的可调谐高光谱红外探测器。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种基于传导型石墨烯等离激元的可调谐高光谱红外探测器，包括探测功能结构，所述探测功能结构自上而下依次为电极层、石墨烯层、介电层，以及并列设置且相互绝缘的第一导电周期性散射体和第二导电周期性散射体。

进一步地，所述可调谐高光谱红外探测器还包括位于所述探测功能结构下方的反射增强结构。

其中，所述介电层厚度为0.3nm-500nm，材质为绝缘材料或半导体材料；和/或，

所述石墨烯层包含1-15层连续的且未经纳米图形化的石墨烯；和/或，

所述第一导电周期性散射体是周期为10nm-1000nm的一维导电光栅层，或者由至少两个所述一维导电光栅层沿栅线方向拼接而成的二维导电光栅层；和/或，所述第二导电周期性散射体是周期为10nm-1000nm的一维导电光栅层，或者由至少两个所述一维导电光栅层沿栅线方向拼接而成的二维导电光栅层；其中，所述一维导电光栅的厚度为0.3nm-5000nm。

其中，所述介电层的材料为硅、锗、二氧化硅、氧化铝、氧化铪、氧化钛、溴化钾、氟化钙、金刚石、类金刚石、氮化硼、氮化硅、氟化镁、氟化钡、硫化锌、硒化锌、聚乙烯、碘化铯、氯化钾、氯化钠、硫系玻璃、或者红外透过率高的高分子材料中的一种，或者两种，或者两种以上；和/或，

所述一维导电光栅层的材料为单一金属，或金属的合金，或导电化合物，或导电二维材料。

更进一步地，所述可调谐高光谱红外探测器还包括设置在所述石墨烯层上方，或下方，或同时设置在所述石墨烯上方和下方的保护层，所述保护层为二维材料。

本发明还提供了另一种基于传导型石墨烯等离激元的可调谐高光谱红外探测器，其包括位于衬底上由多个阵列单元的探测器阵列，其中，所述阵列单元包括探测功能结构，所述探测功能结构自上而下依次包括电极层、石墨烯层、介电层，以及并列设置且相互绝缘的第一导电周期性散射体和第二导电周期性散射体。

其中，所述介电层厚度为0.3nm-500nm，材质为绝缘材料或半导体材料；和/或，所述石墨烯复合层包含1-15层连续的且未经纳米图形化的石墨烯；和/或，所述第一导电周期性散射体和/或所述第二导电周期散射体是周期为10nm-1000nm的一维导电光栅层，或者由至少两个所述一维导电光栅层沿栅线方向拼接而成的二维导电光栅层，所述一维导电光栅的厚度为0.3nm-5000nm。

其中，所述介电层的材料为硅、锗、二氧化硅、氧化铝、氧化铪、氧化钛、溴化钾、氟化钙、金刚石、类金刚石、氮化硼、氮化硅、氟化镁、氟化钡、硫化锌、硒化锌、聚乙烯、碘化铯、氯化钾、氯化钠、硫系玻璃、或者红外透过率高的高分子材料中的一种，或者两种，或者两种以上；和/或，所述一维导电光栅的材料为单一金属，或金属的合金，或导电化合物，或导电二维材料。

进一步地，所述可调谐高光谱红外探测器还包括设置在所述石墨烯层上方，或下方，或同时设置在所述石墨烯上方和下方的保护层。

本发明还提供了一种用于可调谐高光谱红外探测器的探测功能结构，其包括：自上而下依次设置的电极层、石墨烯层、介电层，以及并列设置且相互绝缘的第一导电周期性散射体和第二导电周期性散射体。

其中，所述第一导电周期性散射体和/或所述第二导电周期散射体是周期为10nm-1000nm的一维导电光栅层，或者由至少两个所述一维导电光栅层沿栅线方向拼接而成的二维导电光栅层，所述一维导电光栅的厚度为0.3nm-5000nm。

其中，所述第一导电周期性散射体和/或所述第二导电周期散射体是周期为10nm-1000nm的一维导电光栅层，或者由至少两个所述一维导电光栅层沿栅线方向拼接而成的二维导电光栅层，所述一维导电光栅的厚度为0.3nm-5000nm。

所述介电层厚度为0.3nm-500nm，材质为绝缘材料或半导体材料；和/或，所述石墨烯复合层包含1-15层连续的且未经纳米图形化的石墨烯；和/或，所述第一导电周期性散射体和/或所述第二导电周期散射体是周期为10nm-1000nm的一维导电光栅层，或者由至少两个所述一维导电光栅层沿栅线方向拼接而成的二维导电光栅层，所述一维导电光栅的厚度为0.3nm-5000nm。

其中，所述介电层的材料为硅、锗、二氧化硅、氧化铝、氧化铪、氧化钛、溴化钾、氟化钙、金刚石、类金刚石、氮化硼、氮化硅、氟化镁、氟化钡、硫化锌、硒化锌、聚乙烯、碘化铯、氯化钾、氯化钠、硫系玻璃、或者红外透过率高的高分子材料中的一种，或者两种，或者两种以上；和/或，所述一维导电光栅的材料为单一金属，或金属的合金，或导电化合物，或导电二维材料。

进一步地，所述可调谐高光谱红外探测器还包括设置在所述石墨烯层上方，或下方，或同时设置在所述石墨烯上方和下方的保护层。

本发明的另一目的在于，提供一种高光谱成像设备，其包括上述的可调谐高光谱红外探测器或者探测功能结构。

本发明的有益之处在于：

本发明的可调谐高光谱红外探测器/探测结构通过采用自上而下的电极层、石墨烯层、介电层和第一、二导电周期性散射体来构成探测功能结构，即通过第一、二导电周期性散射体来激发石墨烯层的表面等离激元，实现热红外光的窄带吸收(功能一)；由于介电层将该石墨烯层和第一导电周期性散射体/第二导电周期性散射体隔开形成一个类似电容的结构，从而可直接在石墨烯层和第一导电周期性散射体/第二导电周期性散射体上加电压以调制石墨烯的电子浓度，进而实现石墨烯等离激元吸收峰的动态调控(功能二)，以实现热红外的光谱分光；通过在第一导电周期性散射体与石墨烯层之间加正电压，第二导电周期性散射体与石墨烯之间加负电压，从而在石墨烯层中形成PN结，使得石墨烯等离激元退化成的热电子，经光-热电效应在PN结中可进一步转化为电压信号，从电极上读取，从而实现热红外的光电探测(功能三)，即本发明的该可调谐高光谱红外探测器/探测结构实现了“光谱分光”和“光电探测”一体化，并且利用该红外探测器/探测结构制成的成像设备具有轻量化和小型化的优势。

附图说明

图1为本发明的一种基于传导型石墨烯等离激元的可调谐高光谱红外探测器的一实施例的结构示意图；

图2为反映图1中二维导电光栅的周期单元的第一实施例的结构示意图；

图3a、图3b和图3c分别为反映图1中二维导电光栅的周期单元的第二、第三和第四实施例的结构示意图；

图4为本发明的一种基于传导型石墨烯等离激元的可调谐高光谱红外探测器的又一实施例的结构示意图；

图5为本发明的一种基于传导型石墨烯等离激元的可调谐高光谱红外探测器的再一实施例的结构示意图；

图6为反映图5中探测功能结构和反射增强结构的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

名称释义：

一维导电光栅层：本文中的一维导电光栅层实际上是指周期为10nm-1000nm的导电光栅，其材料为单质金属，或金属合金，或导电化合物，或二维导电材料。

二维导电光栅层：如图2所示，本文中的二维导电光栅层实际上是指由至少两个周期为10nm-1000nm，厚度为0.3nm-5000nm的导电光栅沿栅线方向拼接而成，即由至少两个一维导电光栅沿栅线方向拼接而成；或者说，二维导电光栅层是指具有两个方向的周期的导电光栅，两个方向的周期分别为：垂直于栅线方向的第一周期，其大小为10nm-1000nm；沿栅线延伸的方向的第二周期，其可根据实际的器件尺寸大小而定。

本发明的核心思想：本发明提出利用传导型石墨烯等离激元的调谐分光特性和石墨烯光-热电效应，制作“光谱分光”和“光电探测”一体化的石墨烯热红外高光谱探测器，并且由于该探测器可以实现光谱分光功能，所以基于该探测器的热红外高光谱成像系统不再需要体积庞大的分光光谱仪，从而可大幅减小热红外高光谱成像系统的重量和体积，实现热其轻量化和小型化，将极大拓展热红外高光谱技术的应用领域。具体地，本发明通过采用自上而下的电极层、石墨烯层、介电层和导电光栅层来构成探测功能结构，即通过第一导电周期性散射体/第二导电周期性散射体来激发石墨烯层的表面等离激元，实现热红外光的窄带吸收；由于介电层将该石墨烯层和第一导电周期性散射体/第二导电周期性散射体隔开形成一个电容结构，从而可直接在石墨烯层和第一导电周期性散射体/第二导电周期性散射体上加电压以调制石墨烯的电子浓度，进而实现石墨烯等离激元吸收峰的动态调控，以实现热红外的光谱分光；通过在第二导电周期性散射体与石墨烯层之间加正电压，在第二导电周期性散射体与石墨烯之间加负电压，从而在石墨烯层中形成PN结，使得石墨烯等离激元退化成的热电子，经光-热电效应在PN结中可进一步转化为电压信号，从电极上读取，从而实现热红外的光电探测。

其中，第一导电周期性散射体和/或所述第二导电周期散射体是周期为10nm-1000nm的一维导电光栅层，或者由至少两个一维导电光栅层沿栅线方向拼接而成的二维导电光栅层，一维导电光栅的厚度为0.3nm-5000nm。

其中，介电层厚度为0.3nm-500nm之间，材质为绝缘材料或半导体材料，如硅、锗、二氧化硅、氧化铝、氧化铪、氧化钛、溴化钾、氟化钙、金刚石、类金刚石、氮化硼、氮化硅、氟化镁、氟化钡、硫化锌、硒化锌、聚乙烯、碘化铯、氯化钾、氯化钠、硫系玻璃、或者红外透过率高的高分子材料中任意一种，或者两种，或两种以上。

其中，石墨烯层包含1-15层连续的且未经纳米图形化的石墨烯；并还可进一步在该石墨烯层的上方或下方，或上下方同时设置由其他二维材料形成的保护层，如二维氮化硼或二维硫化钼。

其中，导电光栅层包括并列设置且相互绝缘的第一导电光栅和第二导电光栅，且光栅结构为一维或二维的周期性结构，周期大小为10nm-1000nm，厚度为0.3nm-5000nm；而第一、二导电光栅的材料包括但不限于金、银、钛、铝、铜、镍、镉等单一金属，或金银、银铝、金铝、钛铝等导电的金属合金，或氧化锡、氧化铟锡等导电化合物，或石墨烯等导电二维材料。

进一步地，为了增强石墨烯传导型等离激元的红外光吸收率，提高光谱分光效率，还可在该探测功能结构下方设置反射增强结构。

下面结合具体实施例和附图对本发明的该基于传导型石墨烯等离激元的可调谐高光谱红外探测器进行详细的说明。

实施例1

参见图1，为本发明的一种基于传导型石墨烯等离激元的可调谐高光谱红外探测器的一实施例的结构示意图，具体地，本实施例的该可调谐高光谱红外探测器包括探测功能结构，其从上到下依次包括:

电极层，具体地，该电极层包括第一电极201和第二电极202，在一具体实施例中，该第一电极201和第二电极202均采用金制成，其厚度为80nm，该可调谐高光谱红外探测器的尺寸为100μm×100μm，尺寸100μm×15μ，进一步地，为了增强电极层的附着力，还在该第一电极和第二电极下增设厚度为5nm的铬；

石墨烯层203，具体地，该石墨烯层采用双层石墨烯，且每层石墨烯均是连续的未经纳米图形化的连续石墨烯，尺寸为100μm×100μm；

介电层204，具体地，该介电层采用三氧化二铝制成，其厚度为5nm；当然，该介电层还可采用其他的绝缘材料或半导体材料，如硅、锗、二氧化硅、氧化铝、氧化铪、氧化钛、溴化钾、氟化钙、金刚石、类金刚石、氮化硼、氮化硅、氟化镁、氟化钡、硫化锌、硒化锌、聚乙烯、碘化铯、氯化钾、氯化钠、硫系玻璃、或者红外透过率高的高分子材料中任意一种，或者两种，或两种以上；

并列设置且相互绝缘的第一导电周期性散射体205和第二导电周期性散射体206，具体地，该第一导电周期性散射体和第二导电周期性散射体均采用金制成的厚度为100nm的二维导电光栅层，其光栅是有周期性的长方形孔组成，参见图2，周期为1000nm×150nm(即二维导电光栅的第一周期为150nm，第二周期为1000nm，其中第一周期即为一维导电光栅的周期，而该第二周期可根据器件的具体尺寸调整)，长方形孔的尺寸为800nm×75nm；进一步地，在该二维导电光栅下增设附着力增强层，其材料为铬，厚度为5nm厚。

本实施例中，石墨烯层203通过第一电极201接地，并在第一电极201和第一导电周期性散射体205之间加载正电压，同时在第二电极202和第二导电周期性散射体206之间加载负电压，可实现对石墨烯中电子浓度的调控，从而实现石墨烯等离激元谐振吸收峰位置的调节；同时，还会在石墨烯层203中形成PN结以提高光-热电效应的效率，在第一电极201和第二电极202之间获得可探测的电压差。

当然，本实施例中，该二维导电光栅中的周期单元的形状也可为其他形状，如圆形、五角星形和三角形，参见图3a、图3b和图3c；且其材质也可采用其他单一金属，或金属的合金，或导电化合物，或导电二维材料。

实施例2

本发明还提供了另外一种基于传导型石墨烯等离激元的可调谐高光谱红外探测器，本实施例的该可调谐高光谱红外探测器包括上述实施例1中的各个结构，不同的是，本实施例中的该可调谐高光谱红外探测器中的该第一导电周期性散射体和第二导电周期性散射体同时采用一维导电光栅。

在一具体实施例中，该一维导电光栅的周期为80nm，厚度为100nm，其材质为石墨烯。

当然，也可第一导电周期性散射体采用一维导电光栅，而第二导电周期性散射体采用二维导电光栅；或者第二导电周期性散射体采用一维导电光栅，而第二导电周期性散射体采用一维导电光栅，且一维导电光栅与二维导电光栅的尺寸大小相同，即二维导电光栅的第二周期接近于一维导电光栅的栅线长度；更进一步地，该一维导电光栅的周期与该二维导电光栅的第一周期可相同，也可不同。

实施例3

参见图4，为本发明的一种基于传导型石墨烯等离激元的可调谐高光谱红外探测器的又一实施例的结构示意图，本实施例的该可调谐高光谱红外探测器包括上述实施例1或2中的各个结构，不同的是，本实施例中的该可调谐高光谱红外探测器还包括设置在该探测功能结构下方的反射增强结构，具体地，该反射增强结构包括采用氟化钙制成的1.5um厚的介质层207，以及位于该介质层下方的反射层208，具体地，该反射层208采用金制成，其厚度为200nm。

进一步地，本实施例中还可在该反射层下设置附着力层，具体地，采用5nm的铬制成。

实施例4

本发明还提供了另一种基于传导型石墨烯等离激元的可调谐高光谱红外探测器，其包括上述实施例1或2或3中的各个结构，不同的是，本实施例中，还在该石墨烯层的上方和下方同时增设了保护层，具体地，采用二维氮化硼，从而形成了二维氮化硼-石墨烯-二维氮化硼组成的三明治结构，即石墨烯夹在二维氮化硼之间，二维氮化硼层数为20层，石墨烯层数为3层。

实施例5

本发明还提供了另外一种基于传导型石墨烯等离激元的可调谐高光谱红外探测器，其与上述实施例1或2或3或4中的结构相同，不同的是，本实施例中的该介电层204为10nm厚的多层二维氮化硼。

实施例6

参见图5，为本发明的一种基于传导型石墨烯等离激元的可调谐高光谱红外探测器的再一实施例的结构示意图，具体地，本实施例的该可调谐高光红外探测器包括位于衬底上的，由1024×768个阵列单元组成的探测阵列(当然，该阵列单元可根据器件的实际尺寸进行调整)，其中，参见图6，每个阵列单元从上到下依次包括：电极层，具体地，该电极层包括第一电极401和第二电极402：钛电极，厚度为50nm；在一具体实施例中，每个阵列单元的尺寸为40μm×20μm，电极的尺寸为15μm×8μm；进一步地，为了增强电极层的附着力，还在该第一电极和第二电极下增设厚度为5nm的铬；

石墨烯层403，具体地，该石墨烯层为三层/五层石墨烯；在一具体实施例中，该石墨烯沟道，即石墨烯层上的第一电极和第二电极之间的间隔，的尺寸为20μm×10μm，且该石墨烯沟道两端分别与第一电极和第二电极相连；

介电层404，具体地，该介电层采用多层二维氮化硼，厚度为15nm；当然，该介电层还可采用其他的绝缘材料或半导体材料，如硅、锗、二氧化硅、氧化铝、氧化铪、氧化钛、溴化钾、氟化钙、金刚石、类金刚石、氮化硼、氮化硅、氟化镁、氟化钡、硫化锌、硒化锌、聚乙烯、碘化铯、氯化钾、氯化钠、硫系玻璃、或者红外透过率高的高分子材料中任意一种，或者两种，或两种以上；

并列设置且相互绝缘的第一导电周期性散射体405和第二导电周期性散射体406，具体地，该第一导电周期性散射体和第二导电周期性散射体均采用氧化铟锡制成的二维导电光栅，其厚度为300nm，光栅的周期为250nm×250nm，周期单元为方形孔，孔的边长为70nm；

腔长控制层407，具体地，采用溴化钾制成，其厚度为1.5μm；

反射层408，具体地，该反射层采用银制成，其厚度为100nm。

本实施例中，电极层、石墨烯层、介电层、二维导电光栅层组成了阵列单元的探测功能结构；而腔长控制层层和反射层组成了阵列单元的反射增强层，即一个谐振腔，当石墨烯层通过第一电极401接地，并在第一电极401和第一导电周期性散射体405之间加载正电压，在第二电极402和第二导电周期性散射体406之间加载负电压，可实现对石墨烯中电子浓度的调控，从而实现石墨烯等离激元谐振吸收峰位置的调节，同时，还会在石墨烯中形成PN结以提高光-热电效应的效率，在第一电极和第二电极之间获得可探测的电压差。

实施例7

本发明提供了另一种基于传导型石墨烯等离激元的可调谐高光谱红外探测器，其与上述实施例6中的结构相同，不同的是，本实施例中的该石墨烯层的上方/下方，或上下方同时设置有保护层，具体地，该保护层采用10nm厚的多层二维氮化硼或二维硫化钼等二维材料。

实施例8

本发明提供了另一种基于传导型石墨烯等离激元的可调谐高光谱红外探测器，其与上述实施例6或7中的结构相同，不同的是，本实施例中的该反射增强结构下还增设有附着力层，具体地，采用5nm的钛制成。

实施例9

本发明提供了另一种基于传导型石墨烯等离激元的可调谐高光谱红外探测器，其与上述实施例6中的各个结构，不同的是，本实施例中该该第一导电周期性散射体和第二导电周期性散射体同时采用一维导电光栅。

在一具体实施例中，该一维导电光栅的周期为80nm，厚度为100nm，其材质为石墨烯。

当然，也可第一导电周期性散射体采用一维导电光栅，而第二导电周期性散射体采用二维导电光栅；或者第二导电周期性散射体采用一维导电光栅，而第二导电周期性散射体采用一维导电光栅，且一维导电光栅与二维导电光栅的尺寸大小相同，即二维导电光栅的第二周期接近于一维导电光栅的栅线长度；更进一步地，该一维导电光栅的周期与该二维导电光栅的第一周期可相同，也可不同。

实施例10

本发明还提供了一种用于可调谐高光谱红外探测器的探测功能结构，具体地，本实施例的该探测功能结构包括：自上而下依次设置的电极层、石墨烯层、介电层，以及并列设置且相互绝缘的第一导电周期性散射体和第二导电周期性散射体。在一具体实施例中，该介电层厚度为0.3nm-500nm，材质为绝缘材料或半导体材料，如硅、锗、二氧化硅、氧化铝、氧化铪、氧化钛、溴化钾、氟化钙、金刚石、类金刚石、氮化硼、氮化硅、氟化镁、氟化钡、硫化锌、硒化锌、聚乙烯、碘化铯、氯化钾、氯化钠、硫系玻璃、或者红外透过率高的高分子材料中的一种，或者两种，或者两种以上。

在一具体实施例中，该石墨烯层包含1-15层连续的且未经纳米图形化的石墨烯。

在一具体实施例中，该第一导电周期性散射体和第二导电周期性散射体均是周期为10nm-1000nm(如10nm/150nm/250nm/1000nm)的一维导电光栅层，或者该第一导电周期性散射体和第二导电周期性散射体均是由至少两个周期为10nm-1000nm(如10nm/150nm/250nm/1000nm)的一维导电光栅层沿栅线方向拼接而成的二维导电光栅层；或，该第一导电周期性散射体是周期为10nm-1000nm(如10nm/150nm/250nm/1000nm)的一维导电光栅层，第二导电周期性散射体是由至少两个周期为10nm-1000nm(如10nm/150nm/250nm/1000nm)的一维导电光栅层沿栅线方向拼接而成的二维导电光栅层；其中，一维导电光栅的厚度为0.3nm-5000nm，其材料为单一金属，或金属的合金，或导电化合物，或导电二维材料。

更进一步地，本实施例的该探测功能结构还包括设置在石墨烯层上方，或下方，或同时设置在石墨烯上方和下方的保护层，其材质可采用二维材料，如二维氮化硼或二维硫化钼。

更进一步地，该探测功能结构还包括位于第一导电散射体和第二导电散射体下方的反射增强结构，具体地，该反射增强结构包括由溴化钾制成的厚度为1.5μm的腔长控制层；以及由银制成的厚度为100nm的反射层，即通过该腔长控制层和反射层组成了一个谐振腔。

实施例11

基于上述实施例1-9中任意一种可调谐高光谱红外探测器，或实施例10中的探测功能结构，本发明还提供了一种高光谱成像设备，其包括上述实施例1-9中任意一种可调谐高光谱红外探测器，或者上述实施例10中的探测功能结构。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于传导型石墨烯等离激元的可调谐高光谱红外探测器，包括探测功能结构，其特征在于，所述探测功能结构自上而下依次为电极层、石墨烯层（203）、介电层（204），以及并列设置且相互绝缘的第一导电周期性散射体（205）和第二导电周期性散射体（206）；其中，所述电极层包括第一电极（201）和第二电极（202）。

2.如权利要求1所述的可调谐高光谱红外探测器，其特征在于，所述介电层厚度为0.3nm-500nm，材质为绝缘材料或半导体材料；和/或，所述石墨烯层包含1-15层连续的且未经纳米图形化的石墨烯；和/或，所述第一导电周期性散射体和/或所述第二导电周期性 散射体是周期为10nm-1000nm的一维导电光栅层，或者由至少两个所述一维导电光栅层沿栅线方向拼接而成的二维导电光栅层，所述一维导电光栅的厚度为0.3nm-5000nm。

3.如权利要求书2所述的可调谐高光谱红外探测器，其特征在于，所述介电层的材料为硅、锗、二氧化硅、氧化铝、氧化铪、氧化钛、溴化钾、氟化钙、金刚石、类金刚石、氮化硼、氮化硅、氟化镁、氟化钡、硫化锌、硒化锌、聚乙烯、碘化铯、氯化钾、氯化钠、硫系玻璃、或者红外透过率高的高分子材料中的一种，或者两种，或者两种以上；和/或，所述一维导电光栅的材料为单一金属，或金属的合金，或导电化合物，或导电二维材料。

4.如权利要求1至3中任意一项所述的可调谐高光谱红外探测器，其特征在于，还包括设置在所述石墨烯层上方，或下方，或同时设置在所述石墨烯上方和下方的保护层。

5.一种基于传导型石墨烯等离激元的可调谐高光谱红外探测器，包括衬底，其特征在于，包括位于所述衬底上由多个阵列单元构成的探测阵列，其中，所述阵列单元包括探测功能结构，所述探测功能结构自上而下依次包括电极层、石墨烯层（203）、介电层（204），以及并列设置且相互绝缘的第一导电周期性散射体（205）和第二导电周期性散射体（206）；其中，所述电极层包括第一电极（201）和第二电极（202）。

6.如权利要求5所述的可调谐高光谱红外探测器，其特征在于，所述介电层厚度为0.3nm-500nm，材质为绝缘材料或半导体材料；和/或，所述石墨烯复合层包含1-15层连续的且未经纳米图形化的石墨烯；和/或，所述第一导电周期性散射体和/或所述第二导电周期性 散射体是周期为10nm-1000nm的一维导电光栅层，或者由至少两个所述一维导电光栅层沿栅线方向拼接而成的二维导电光栅层，所述一维导电光栅的厚度为0.3nm-5000nm。

7.如权利要求书6所述的可调谐高光谱红外探测器，其特征在于，所述介电层的材料为硅、锗、二氧化硅、氧化铝、氧化铪、氧化钛、溴化钾、氟化钙、金刚石、类金刚石、氮化硼、氮化硅、氟化镁、氟化钡、硫化锌、硒化锌、聚乙烯、碘化铯、氯化钾、氯化钠、硫系玻璃、或者红外透过率高的高分子材料中的一种，或者两种，或者两种以上；和/或，所述一维导电光栅的材料为单一金属，或金属的合金，或导电化合物，或导电二维材料。

8.如权利要求6至7中任意一项所述的可调谐高光谱红外探测器，其特征在于，还包括设置在所述石墨烯层上方，或下方，或同时设置在所述石墨烯上方和下方的保护层。

9.一种用于可调谐高光谱红外探测器的探测功能结构，其特征在于，包括：自上而下依次设置的电极层、石墨烯层（203）、介电层（204），以及并列设置且相互绝缘的第一导电周期性散射体（205）和第二导电周期性散射体（206）；其中，所述电极层包括第一电极（201）和第二电极（202）。

10.一种高光谱成像设备，其特征在于，包括如权利要求1至8中任意一项所述的可调谐高光谱红外探测器，或者如权利要求9所述的探测功能结构。

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