CN110031925A - 吸收器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及吸收器的技术领域，尤其涉及一种吸收器及其制备方法。该吸收器包括基板、第一金属层、相变材料层及第二金属层，第一金属层设置在基板上，相变材料层设置在第一金属层背离基板的一侧表面，第二金属层设置在相变材料层背离第一金属层的一侧表面上，第二金属层包括多个金属单元，多个金属单元间隔排布。该吸收器能够在相变材料层发生相变时改变在特定波长段的吸收率，以此实现吸收器的可调谐性，而不需要将超材料浸泡在液晶之中，从而简化了整个吸收器的结构，降低了生产成本。该制备方法，获得的吸收器精度好，不需要设置多个金属层，制备方便，生产成本低。
Description
技术领域
本发明涉及吸收器的技术领域，尤其涉及一种吸收器及其制备方法。
背景技术
传统的超表面结构吸收器为了实现可调控可切换的目的，需要将超材料浸泡在液晶之中，通过外加电场调节液晶的折射率而实现吸收器吸收光谱的频率可调谐性。
这种可调控可切换的实现方式导致整个超表面结构吸收器结构复杂，生产成本高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对现有的超表面结构吸收器结构复杂及生产成本高的技术缺陷，提供一种吸收器及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明实施例一方面提供一种吸收器，包括：
基板；
第一金属层，设置在所述基板上；
相变材料层，设置在所述第一金属层背离所述基板的一侧表面上；及
第二金属层，设置在所述相变材料层背离所述第一金属层的一侧表面上，所述第二金属层包括多个金属单元，多个所述金属单元间隔排布。
可选地，多个所述金属单元的尺寸不同。
可选地，多个所述金属单元呈阵列排布，处于同一行的多个金属单元的中心位于第一直线上，处于同一列的多个金属单元的中心位于第二直线上，所述第一直线与所述第二直线呈夹角设置。
可选地，所述第一直线与所述第二直线垂直设置。
可选地，所述金属单元包括第一边及第二边，所述第一边与所述第二边交叉设置，所述第一边在所述第一直线上的截取尺寸等于所述第二边在所述第二直线上的截取尺寸，所述第一边在所述第一直线上的截取尺寸为金属单元的第一尺寸；
多个所述金属单元的第一尺寸不同。
可选地，在第一方向及第二方向上，所述金属单元的第一尺寸均逐渐增大，所述第一直线的延伸方向与第一方向平行，所述第二直线的延伸方向与第二方向平行。
可选地，相邻的两行，在第一方向上及第二方向上，位于第二行第一列的金属单元的第一尺寸大于位于第一行最后一列的金属单元的第一尺寸。
可选地，所述第一边在所述第二直线上的截取尺寸等于所述第二边在所述第一直线上的截取尺寸，金属单元的第一边在所述第二直线上的截取尺寸为金属单元的第二尺寸，多个金属单元的第二尺寸一致。
可选地，所述相变材料层为GST层，所述相变材料层的厚度是225nm。
本发明实施例的吸收器，包括基板、第一金属层、相变材料层及第二金属层，第一金属层设置在基板上，相变材料层设置在第一金属层背离基板的一侧表面，第二金属层设置在相变材料层背离第一金属层的一侧表面上，第二金属层包括多个金属单元，多个金属单元间隔排布。该吸收器能够在相变材料层发生相变时改变在特定波长段的吸收率，以此实现吸收器的可调谐性，而不需要将超材料浸泡在液晶之中，从而简化了整个吸收器的结构，降低了生产成本。
本发明另一实施例提供一种吸收器的制备方法，准备基板；
在基板的一侧表面镀金属得到第一金属层；
在所述第一金属层的表面进行磁控溅射以得到相变材料层；
在相变材料层的表面涂胶以得到胶层；
借助电子束光刻机在胶层上写结构，所述结构与所述第二金属层匹配，得到第一产品；
将第一产品放置在显影液和定影液中，去除与所述结构对应的胶层，以使胶层上形成与所述结构对应的多个凹槽，得到第二产品；
将第二产品放入镀膜仪内，进行电子束蒸镀，以在所述凹槽内形成金属单元，得到第三产品；
将第三产品放入去胶剂中，以去除剩余胶层。
该实施例的吸收器的制备方法，采用电子束光刻机在胶层上写结果，分辨率高，能够以此实现金属单元的精度，确保吸收器的吸收波段的准确性。镀膜仪获得的金属单元的平整度好。传统的连续性吸收器需要设置多个金属层，该制备方法采用涂胶、电子束光刻机写结构、显影、电子束蒸镀及去胶的步骤，获得的吸收器精度好，不需要设置多个金属层即可实现吸收器的连续性，制备方便，生产成本低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，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。
其中：
图1是本发明提供的吸收器的立体示意图；
图2是图1所示的吸收器的俯视图；
图3是不同第一尺寸的金属单元在相变材料为晶态时的反射率变化图；
图4是不同第一尺寸的金属单元在相变材料为非晶态的反射率变化图。
说明书中的附图标记如下：
1、基板；2、第一金属层；3、相变材料层；4、第二金属层；41、金属单元；411、第一边；412、第二边。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明实施例提供一种吸收器，包括基板1、第一金属层2、相变材料层3及第二金属层4，其中第一金属层2设置在基板1上，相变材料层3设置在第一金属层2背离基板1的一侧表面，第二金属层4设置在相变材料层3背离第一金属层2的一侧表面。
相变材料层3的设置，使得该吸收器仅改变相变材料的晶态及非晶态即可实现同一波段在高吸收率与低吸收率之间的转换，从而实现该吸收器的可调谐性，而不需要将超材料浸泡在液晶之中，从而简化了整个吸收器的结构，降低了生产成本。
如图2所示，第二金属层4包括多个金属单元41，多个金属单元41间隔排布，且相邻的两个金属单元41，其中一个金属单元41的中心到另一个金属单元41的中心的距离为1600nm。多个金属单元41的尺寸不同。本实施例中，由于金属单元41的尺寸不同，吸收的波段不同，因此，具有不同尺寸的多个金属单元41使得该吸收器能够对不同的波段产生吸收，以此保证该吸收器能够吸收的波段的宽度及连续性。
在其他实施例中，相邻的两个金属单元41，其中一个金属单元41的中心到另一个金属单元41的中心的距离还可以是1800nm及2000nm等。
具体地，如图2所示，多个金属单元41呈矩阵排列，处于同一行的多个金属单元41的中心位于第一直线上，处于同一列的多个金属单元41的中心处于第二直线上。第一直线与第二直线呈夹角设置，本实施例中，第一直线与第二直线垂直设置。
金属单元41包括第一边411及第二边412，第一边411与第二边412交叉设置，第一边411在第一直线上的截取尺寸等于第二边412在第二直线上的截取尺寸，以第一边411在第一直线上的截取尺寸为金属单元41的第一尺寸。
具体地，在第一方向a上及第二方向b上，多个金属单元41的第一尺寸均逐渐增大。相邻的两行，在第二方向b上，第二行第一列的金属单元41的第一尺寸大于第一行最后一列的金属单元41的第一尺寸。这样，在第一方向a及第二方向b上，实现了该金属单元41的第一尺寸的变化的连续性，也就实现了吸收器能够吸收的波长的连续性。
如图3所示，当相变材料为晶态时，吸收器为高吸收率的吸收器。金属单元41的第一尺寸不同，其反射率Re(Reflection)不同。且，金属单元41的第一尺寸越大，其反射率Re的最低值所处的波长λ(波谷)越大。也就是说，金属单元41的第一尺寸越大，其高吸收率所处的波长越大。因此，为了实现对特定波长的高吸收率，可选用与之相应的第一尺寸的金属单元41。
如图4所示，当相变材料为非晶态时，吸收率为低吸收率的吸收器，金属单元41的第一尺寸不同，其反射率Re不同。且金属单元41的第一尺寸越大，其反射率Re的最高值所处的波长λ(波峰)越大。也就是说，金属单元41的第一尺寸越大，其低吸收率所处的波长越大。因此，为了实现对特定波长的低吸收率，可选用与之对应的第一尺寸的金属单元41。
参考图3及图4，当相变材料由晶态转变为非晶态时，吸收率由高变低，当相变材料由非晶态转变为晶态时，吸收率由低变高。
本实施例中，金属单元41的第一尺寸的范围是750nm-1500nm。金属单元41的数量为16个，在第一方向a及第二方向b上，金属单元41的第一尺寸分别为750nm、800nm、850nm、900nm、950nm、1000nm、1050nm、1100nm、1150nm、1200nm、1250nm、1300nm、1350nm、1400nm、1450nm及1500nm。也即是说，每一行的多个金属单元41，在第一方向a上，金属单元41的第一尺寸的增幅是50nm，相邻的两个金属单元41的第一尺寸的差是50nm。相邻的两行，在第二方向b上，第二行第一列的金属单元41的第一尺寸比第一行最后一列的金属单元41的第一尺寸多50nm。
这样，多个金属单元41的第一尺寸按照50nm的增幅，由于每一金属单元41的吸收波段存在一定的宽度，50nm的增幅保证了多个金属单元41的吸收波段的连续性，从而保证吸收器产生吸收的波段的连续性。
然而，在其他实施例中，多个金属单元41的第一尺寸可以按照25nm、40nm、60nm的增幅设置，金属单元41的第一尺寸的变化范围可以根据需要设置成700nm或者更低，也可以根据需要设置成1550nm或更高。具体的范围视需要吸收的波段的不同而设定。
如图2所示，第一边411在第二直线上的截取尺寸等于第二边412在第一直线上的截取尺寸，金属单元41的第二尺寸为第一边411在第二直线上的截取尺寸。本实施例中，多个金属单元41的第二尺寸一致，且均为320nm。这样，多个金属单元41的尺寸的差别仅在于第一尺寸的差别，从而保证多个金属单元41的吸收波段的稳定性，也从侧面验证了多个金属单元41的吸收波段的不同的根本原因在于第一尺寸的不同。
本实施例中，第一金属层2及第二金属层4均为铝层，第二金属层4的厚度是50nm。也就是说，金属单元41在第三方向上的截取尺寸为50nm，第一方向a及第二方向b均与第三方向垂直。第一金属层2的厚度大于第二金属层4的厚度，从而能够形成很好的支撑并起到反射作用。基板1为硅基板。
本实施例中，相变材料层3为GST(锗、锑、碲的合成材料Ge2Sb2Te5)层，该相变材料在高温状态下能够由非晶态变为晶态，从而使得该吸收器由高吸收率吸收器转变为低吸收率。类似地，在低温状态下，该相变材料能够由晶态变为非晶态，进而使得该吸收器由低吸收率转变为高吸收率。相变材料层3的厚度是225nm。
本实施例的吸收器的制备方法如下：
准备基板；
在基板的一侧表面镀金属得到第一金属层；
在所述第一金属层的表面进行磁控溅射以得到相变材料层；
在相变材料层的表面涂胶以得到胶层；
借助电子束光刻机在胶层上写结构，所述结构与所述第二金属层匹配，得到第一产品；
将第一产品放置在显影液和定影液中，去除与所述结构对应的胶层，以使胶层上形成与所述结构对应的多个凹槽，得到第二产品；
将第二产品放入镀膜仪内，进行电子束蒸镀，以在所述凹槽内形成金属单元，得到第三产品；
将第三产品放入去胶剂中，以去除剩余胶层。
具体地，准备基板包括：将硅片分别用丙酮、异丙醇及酒精在超声波清洗器中各清洗5min，之后再用去离子水或者蒸馏水清洗残留的丙酮、异丙醇及酒精，并用氮气吹干。
“在第一金属层的表面进行磁控溅射以得到相变材料层”的步骤中，形成的相变材料层的厚度为225nm。
“在相变材料层的表面涂胶以得到胶层”具体包括：采用匀胶机在4000r/s的条件下在相变材料层的表面旋涂PMMA(Polymethylmethacrylate，聚甲基丙烯酸甲酯)1min，并将其放置在温度为100℃的加热板上加热90s，以使其形成稳定的胶层。
借助电子束光刻机在稳定的胶层上写结构，其中结构的形状与第二金属层中的多个金属单元的形状匹配，以得到第一产品。
本实施例中的显影液为正显影液，即，将第一产品放置在正显影液中2min，书写有结构的胶层被除去，被除去的胶层形成与结构对应的多个凹槽。之后，将其放入定影液中放置2min，以形成稳定的凹槽，从而得到第二产品。
本实施例中的正显影液采用ALLRESIST公司的AR600-56，定影液采用ALLRESIST公司AR600-60。
将第三产品放入去胶剂中，以去除胶层。这样，第二金属层的多个金属单元直接形成在相变材料层上。本实施例中的去胶剂采用ALLRESIST公司的AR600-71。
该实施例的吸收器的制备方法，采用电子束光刻机在胶层上写结果，分辨率高，能够以此实现金属单元的精度，确保吸收器的吸收波段的准确性。镀膜仪获得的金属单元的平整度好。传统的连续性吸收器需要设置多个金属层，该制备方法采用涂胶、电子束光刻机写结构、显影、电子束蒸镀及去胶的步骤，获得的吸收器精度好，不需要设置多个金属层即可实现吸收器的连续性，制备方便，生产成本低。
以上所揭露的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)
1.一种吸收器，其特征在于，包括：
基板；
第一金属层，设置在所述基板上；
相变材料层，设置在所述第一金属层背离所述基板的一侧表面上；及
第二金属层，设置在所述相变材料层背离所述第一金属层的一侧表面上，所述第二金属层包括多个金属单元，多个所述金属单元间隔排布。
2.根据权利要求1所述的吸收器，其特征在于，多个所述金属单元的尺寸不同。
3.根据权利要求1所述的吸收器，其特征在于，多个所述金属单元呈阵列排布，处于同一行的多个金属单元的中心位于第一直线上，处于同一列的多个金属单元的中心位于第二直线上，所述第一直线与所述第二直线呈夹角设置。
4.根据权利要求3所述的吸收器，其特征在于，所述第一直线与所述第二直线垂直设置。
5.根据权利要求3所述的吸收器，其特征在于，所述金属单元包括第一边及第二边，所述第一边与所述第二边交叉设置，所述第一边在所述第一直线上的截取尺寸等于所述第二边在所述第二直线上的截取尺寸，所述第一边在所述第一直线上的截取尺寸为金属单元的第一尺寸；
多个所述金属单元的第一尺寸不同。
6.根据权利要求5所述的吸收器，其特征在于，在第一方向及第二方向上，多个所述金属单元的第一尺寸均逐渐增大，所述第一直线的延伸方向与第一方向平行，所述第二直线的延伸方向与第二方向平行。
7.根据权利要求6所述的吸收器，其特征在于，相邻的两行，在第一方向上及第二方向上，位于第二行第一列的金属单元的第一尺寸大于位于第一行最后一列的金属单元的第一尺寸。
8.根据权利要求5所述的吸收器，其特征在于，所述第一边在所述第二直线上的截取尺寸等于所述第二边在所述第一直线上的截取尺寸，金属单元的第一边在所述第二直线上的截取尺寸为金属单元的第二尺寸，多个金属单元的第二尺寸一致。
9.根据权利要求1所述的吸收器，其特征在于，所述相变材料层为GST层，所述相变材料层的厚度是225nm。
10.一种基于权利要求1所述的吸收器的制备方法，其特征在于，包括：
准备基板；
在基板的一侧表面镀金属得到第一金属层；
在所述第一金属层的表面进行磁控溅射以得到相变材料层；
在相变材料层的表面涂胶以得到胶层；
借助电子束光刻机在胶层上写结构，所述结构与所述第二金属层匹配，得到第一产品；
将第一产品放置在显影液和定影液中，去除与所述结构对应的胶层，以使胶层上形成与所述结构对应的多个凹槽，得到第二产品；
将第二产品放入镀膜仪内，进行电子束蒸镀，以在所述凹槽内形成金属单元，得到第三产品；
将第三产品放入去胶剂中，以去除剩余胶层。
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2019
- 2019-04-30 CN CN201910363113.0A patent/CN110031925A/zh active Pending
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