[发明专利]一种基于介质微柱阵列的红外吸波体及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于红外吸波体领域，更具体地，涉及一种基于介质微柱阵列的红外吸波体及制备方法。

背景技术

高性能的红外吸波体是红外探测器的关键材料。长期以来，科研人员一直在寻求通过更好的红外吸波体来改善红外探测器的性能。近年来，超表面作为一种全新的电磁材料进入了人们的视野，并迅速被应用到红外吸波体的设计和制作当中。

超表面的特点是其电磁特性基本与其组分材料的性质无关，而与其内部的微结构有关。当入射光与这层微结构相互作用时，会产生表面等离激元，可以实现纳米尺寸下光场的聚焦和增强。借助这一性质，许多基于超表面的微纳光学设备被制作出来，比如完美吸波体，完美透镜，复折射率材料等。

在红外吸波体中，窄带吸波体是重要的一部分。根据上文提到的微结构与入射光相互作用的特性，超表面很容易就能实现在单一频段的高吸收，这就使得研究人员十分重视它在窄带吸波体上的应用，也促使人们修改超表面的微结构组成，以达到最好的效果。

过去几年里，大量的纳米结构被应用到红外吸波体的设计上。一种具有代表性的结构是基于金属纳米结构-介质层-金属背板的结构。但是，这种结构吸收峰的品质因数(即吸收峰中心波长与其半高全宽之比值)很低，只有约15-20；另一种结构是由多层介质/金属薄膜堆叠而成的DBR式干涉吸波结构，这种结构固然可以在正入射时实现高Q值的窄带吸收，但是一旦入射角度变化，其吸收峰峰位立即变化，不具有角度稳定性，综合吸收峰的品质因数也较低。并且，结构中的薄膜厚度难以精确控制，制备工艺困难。

发明内容

针对上述缺陷，本发明目的在于提供一种基于介质微柱阵列的红外吸波体，旨在解决现有的吸波体品质因数低和在入射角度变化时吸收峰波长不稳定的技术问题。本发明目的在于缩减吸收峰的带宽，提高品质因数，对具有吸收峰波长的红外光的高吸收，同时保持入射角变化情况下吸收峰波长的稳定性。

为实现上述目的，本发明提出一种基于介质微柱阵列的红外吸波体，包括：

介质微柱阵列，其为多个呈阵列排布的柱体，用于对入射激光的波长进行筛选处理输出筛选后激光；

介质层，位于介质微柱阵列的下方，用于使筛选后激光谐振产生电磁波；以及

金属层，位于介质层的下方，用于将电磁波转化为热能吸收。

优选地，柱体高度为630nm～1210nm，柱体直径为809nm～1980nm，两个相邻柱体中心距离为1300nm～3600nm；介质层的厚度为1030nm～2310nm。

优选地，柱体高度为630nm～890nm，柱体直径为809nm～1430nm，相邻两个柱体中心距离为1300nm～2640nm，介质层的厚度为1030nm～1690nm。

优选地，柱体在平面上的排布方式为六边形排列。

优选地，柱体的材料为硅。

按照本发明的另一方面，本发明提供了一种红外窄带吸波体的制备方法，包括如下步骤：

S1在衬底上附着金属层获得第一中间产物；

S2在第一中间产物上附着介质层获得第二中间产物；

S3采用图形转移工艺在第二中间产物的介质层上形成具有介质微柱阵列的反结构的曝光胶层，获得第三中间产物；

S4在第三中间产物的曝光胶层上附着介质层获得第四中间产物；

S5通过对第四中间产物采用湿化学法进行去除曝光胶处理，获得红外吸波体。

优选地，步骤S3中获得第三中间产物包括如下步骤：

S31采用旋涂方法在第二中间产物的介质层上形成第一曝光层，获得第五中间产物；

S32通过对第五中间产物根据介质微柱阵列进行电子束曝光处理，获得第六中间产物；

S33通过对第六中间产物进行显影处理，在第二中间产物上形成具有介质微柱阵列的反结构的曝光胶层，获得第三中间产物。

优选地，步骤S1中采用电子束蒸发或磁控溅射在衬底上附着金属层。

优选地，步骤S2中采用磁控溅射方式或化学气相沉积在第一中间产物的金属层上附着介质层。

优选地，步骤S4中采用磁控溅射方式或化学气相沉积在第三中间产物的曝光层上附着介质层。

通过本发明构思的以上技术方案，相较于现有的技术，本发明的优点在于：